Dans les systèmes agroforestiers simples à deux strates, la distribution de la lumière sous les couronnes des arbres est un facteur clé pour le développement de la culture associée. Cette distribution évolue en fonction des saisons et de la dynamique de croissance de la strate arborée. La lumière disponible pour la culture dépend de la quantité de lumière interceptée par les couronnes des arbres et par conséquent de l'architecture des espèces utilisées. L'objectif de cette thèse est de déterminer le rôle de l'architecture de deux espèces, Acacia mangium Willd. et Tectona grandis L., dans (i) les modalités de l'interception de la lumière par les couronnes et par les feuilles et (ii) les variations intra- et interspécifiques de la distribution du rayonnement sous les couronnes de ces arbres selon leur âge. A partir de l'analyse dynamique des processus de croissance et de ramification de ces deux espèces, un échantillonnage des organes foliaires a permis de déterminer leur répartition, leur géométrie et leurs caractéristiques morphologique, anatomique, optique et biochimique dans les couronnes. Par la simulation de la croissance, de ces deux espèces, paramétrée via des lois mathématiques de croissance et de ramification, des reconstructions 3D d'arbres ont été réalisées en vue de simuler le bilan radiatif de sous-parcelles agroforestières. Les résultats montrent de fortes variations inter- et intraspécifiques de la distribution des organes foliaires et leurs caractéristiques au sein de la couronne et de la distribution du rayonnement sous les couronnes. Les stratégies adoptées par ces deux espèces pour optimiser l'interception lumineuse sont discutées

Au delà de la diversité architecturale bien décrite entre variétés chez le pommier, une variabilité fonctionnelle est suspectée, encore très mal connue, qui pourrait se répercuter sur leur productivité et sur leurs capacités d'adaptation. Par ailleurs, il est postulé que la variabilité fonctionnelle des cultivars à une échelle intégrée dépend à la fois de l'organisation architecturale de leur système aérien et d'une variabilité du fonctionnement de leur feuillage.<br />La comparaison qui a été réalisée entre génotypes a porté sur 4 cultivars de pommier : Fuji et Braeburn d'une part, Ariane et X3305 d'autre part, dont les arbres étaient respectivement âgés de sept ans et de deux ans au début de l'étude. Les arbres ont été cultivés dans un verger expérimental irrigué et soumis à des pratiques culturales standard.<br />L'étude de la variabilité architecturale entre arbres a mis en évidence des différences de dynamique de mise en place de la surface foliaire entre individus jeunes et plus âgés. Des différences de composition raméale entre arbres de même âge ont également été révélées, ayant pour conséquence des différences d'efficience d'interception lumineuse entre cultivars qui ont été quantifiées par le paramètre STAR (Silhouette to Total leaf Area Ratio). Une méthode de description de la structure des arbres en 3D, reposant sur une approche mixte de digitalisation et de reconstruction du feuillage, a été validée.<br />L'étude fonctionnelle à l'échelle foliaire a mis en évidence une diversité de la régulation stomatique des 4 génotypes en réponse aux facteurs abiotiques (modèle de Jarvis), alors que les paramètres photosynthétiques (modèle biochimique de Farquhar) s'avéraient peu variables.<br />Les caractéristiques architecturales et fonctionnelles de chaque cultivars ont été prises en compte dans la paramétrisation et l'utilisation du modèle structure-fonction RATP, afin d'évaluer l'impact de leur couplage sur les capacités d'interception lumineuse, de transpiration et d'assimilation de carbone à l'échelle intégrée de la branche fruitière. Une analyse de sensibilité du modèle pour le cultivar Braeburn a permis de mettre en évidence le rôle prépondérant de l'architecture des arbres dans la variabilité de fonctionnement à cette échelle.<br />Les perspectives ouvertes par cette approche écophysiologique chez le pommier au moyen d'un modèle structure fonction sont discutées.

Cette étude propose d’analyser l’influence de l’architecture du palmier à huile sur sa capacité à intercepter la lumière, en se basant sur des reconstructions 3D de palmiers et en établissant un bilan radiatif sur ses structures végétales reconstruites in silico. Le premier objectif de l’étude était de caractériser et modéliser la variabilité génétique de l’architecture du palmier à huile et de son interception lumineuse. Dans un deuxième objectif l’amélioration potentielle de l’interception de la lumière et de l’assimilation carbonée a été évaluée en modifiant les traits morphologiques et géométriques des feuilles et des idéotypes architecturaux de palmiers à huile ont été proposés.Des relations allométriques ont été utilisées pour modéliser les traits architecturaux en fonction de gradients ontogénétique et de topologie des feuilles dans la couronne. La méthode permet de reconstruire des palmiers à huile virtuels à différents âges au cours du développement. De plus, l’approche allométrique a été couplée à des modèles à effets mixtes pour intégrer au travers de paramètres la variabilité entre et au sein des cinq progénies. Le modèle permet ainsi de simuler les spécificités architecturales des cinq progenies en incluant les variabilités entre individus observés. Le modèle architectural, paramétré pour les différentes progénies, a ensuite été implémenté dans AMAPstudio pour générer des maquettes 3D de palmiers et ainsi estimer leur interception lumineuse, de l’individu à la parcelle entière.Les résultats de ces analyses ont révélé des différences significatives entre et au sein des progenies, dans la géométrie des feuilles (longueur du pétiole, densité de folioles sur le rachis, et courbure du rachis) et dans la morphologie des folioles (gradients de longueurs et largeurs le long du rachis). La comparaison virtuelle des différentes progénies ont aussi montré des efficacités distinctes de l’interception lumineuse.Des analyses de sensibilité ont ensuite été réalisées pour identifier les traits architecturaux influençant l’interception lumineuse et l’assimilation potentielle à différents âges de la plante. Les paramètres les plus sensibles au cours du développement furent ceux reliés à la surface totale foliaire (longueur des rachis, nombre de folioles, morphologie des folioles), mais les attributs géométriques plus fins de la feuille ont montré un effet croissant avec la fermeture de la canopée. Sur un couvert adulte, l’optimum en assimilation carbonée est atteint pour des indices de surfaces foliaires (LAI) entre 3,2 et 5,5 m2.m−2, avec des feuilles érigées, de courts pétioles et rachis et un nombre important de folioles sur le rachis. Quatre idéotypes architecturaux pour l’assimilation carbonée ont été proposés et présentent des combinaisons spécifiques de traits géométriques, limitant l’ombrage mutuel des plantes et optimisant la distribution de la lumière dans la couronne.En conclusion, le modèle 3D de palmiers à huile, dans sa conception et son application, a permis de détecter les traits architecturaux génétiquement déterminés et influençant l’interception lumineuse. Ainsi, le nombre limité de traits dégagés par l’analyse de sensibilité ainsi que les combinaisons de traits révélées au travers des idéotypes pourraient être pris en compte dans de futurs programmes de sélection. En perspective, des travaux dédiés à intégrer dans ce modèle d’autres processus physiologiques, tels que la régulation de la conductance stomatique et le partitionnement du carbone dans la plante, sont à envisager. Ce nouvel FSPM pourrait alors être utilisé pour tester différents scénarii, comme par exemple dans un contexte de changement climatique avec de faibles radiations et des périodes de sécheresse fréquentes. De même, ce modèle pourrait être utilisé pour étudier différentes configurations de plantation et des systèmes de cultures intercalaires, et ainsi proposer de nouveaux idéotypes multicritères / In this study we proposed to investigate the influence of oil palm architecture on the capacity of the plant to intercept light, by using 3D reconstructions and model-assisted evaluation of radiation-use efficiency. The first objective of this study was to analyse and model oil palm architecture and light interception taking into account genetic variability. A second objective was to explore the potential improvements in light capture and carbon assimilation by manipulating oil palm leaf traits and propose architectural ideotypes.Allometric relationships were applied to model these traits according to ontogenetic gradients and leaf position within the crown. The methodology allowed reconstructing virtual oil palms at different stages over plant development. Additionally, the allometric-based approach was coupled to mixed-effect models in order to integrate inter and intra progeny variability through progeny-specific parameters. The model thus allowed simulating the specificity of plant architecture for a given progeny while including observed inter-individual variability. The architectural model, parameterized for the different progenies, was then implemented in AMAPstudio to generate 3D mock-ups and estimate light interception efficiency, from individual to stand scales.Significant differences in leaf geometry (petiole length, density of leaflets and rachis curvature) and leaflets morphology (gradients of leaflets length and width) were detected between and within progenies, and were accurately simulated by the modelling approach. Besides, light interception estimated from the validated 3D mock-ups showed significant variations among the five progenies.Sensitivity analyses were then performed on a subset of architectural parameters to identify the architectural traits impacting on light interception efficiency and potential carbon assimilation over plant development. The most sensitive parameters over plant development were those related to leaf area (rachis length, number of leaflets, leaflets morphology), but fine attribute related to leaf geometry showed increasing influence when canopy got closed. In adult stand, optimized carbon assimilation was estimated on plants presenting a leaf area index (LAI) between 3.2 and 5.5 m2.m−2, with erected leaves, short rachis and petiole and high number of leaflet on rachis. Four architectural ideotypes for carbon assimilation were proposed based on specific combinations of organs geometry, limiting mutual shading and optimizing light distribution within plant crown.In conclusion, this study highlighted how a functional-structural plant model (FSPM) can be used to virtually explore plant biology. In our case of study, the 3D model of oil palm, in its conception and its application, permitted to detect the architectural traits genetically determined and influencing light interception. The limited number of traits revealed in the sensitivity analysis and the combination of traits proposed through ideotypes could guide further breeding programs. Forthcoming work will be dedicated to integrate in the modeling approach other physiological processes such as stomatal conductance and carbon partitioning. The improved FSPM could then be used to test different scenarios, for instance in climate change context with low radiations or frequent drought events. Similarly, the model could be used to investigate different planting patterns and intercropping systems, and proposed new multi-criteria ideotypes of oil palm.

L’objectif de cette thèse est de proposer une démarche pour identifier des plantes de service (Pds) utilisables en couverture vivante pour contrôler les adventices en bananeraie. Nous avons d’abord quantifié les effets de compétition réciproque entre le bananier et une couverture contrôlée par fauchage pour Brachiaria decumbens et Cynodon dactylon. Ces couverts ont eu des effets dépressifs sur la nutrition azotée du bananier et la productivité en premier cycle, le second cycle n’étant pas affecté. Dans un deuxième temps nous avons caractérisé au champ, en plantes isolées, la croissance en biomasse de huit légumineuses candidates sous différentes intensités lumineuses. En conditions lumineuses non limitantes, chaque espèce répondait à une dynamique exponentielle, définie par la biomasse 14 jours après semis et le taux de croissance relative (RGR). En conditions d’ombrage limitant, le RGR est réduit et le rapport surface foliaire sur biomasse aérienne croît. Ces réponses permettent de définir quatre stratégies d’adaptation à l’ombrage et d’identifier les Pds adaptées sous bananeraie. Pour trois de ces espèces, sur la base de la réponse de l’efficience photosynthétique, nous proposons un modèle de croissance en fonction de la ressource lumineuse. En peuplement, en présence d’adventices, aucune espèce évaluée n’a pu contrôler les grandes graminées, Stylosanthes guianensis et Centrosema pascuorum ont cependant réduit la biomasse des autres adventices de 60%. En bananeraie, les deux espèces évaluées ont exercé un contrôle sur les adventices mais ont réduit la productivité du premier cycle. Pour autant, ces résultats sont encourageants pour l’utilisation de Pds en bananeraie à des fins de contrôle des adventices. / The objective of this PhD thesis was to provide an approach to identify suitable cover crops (Pds) for weed control use in banana plantations. Firstly, we quantified the reciprocal effects between the banana crop and a grass cover controlled by mowing, for Brachiaria decumbens or Cynodon dactylon. These cover crops have had similar depressive effects on the nitrogen nutrition and on the productivity of the first cycle, but not afterward during the second cycle. Second step, we carried out a field characterization of eight legume cover crops, on isolated plants, under a range of light intensity. In non-limited light growth conditions, the biomass growth corresponded to an exponential dynamic, mathematically defined for each species by the biomass 14 days after sowing, and the relative growth rate (RGR). When affected by the shade, the RGR was reduced and the ratio between Leaf area and aerial plant biomass increased. We defined four adaptive strategies of the cover crops to the shade, what constitute criteria guidelines for cover crop use in banana cropping systems. For three of these species, on the basis of the response of the radiation use efficiency, we are proposing a plant growth model without any limiting factor other than light resource. In stands with the presence of weeds, neither of this cover crops was able to control the tall gramineous, but Stylosanthes guianensis and Centrosema pascuorum reduced the biomass of other weeds by 60%. Finally, in banana plantations, the two evaluated species provided a control of the weeds but reduced the productivity of the first cycle. Our results are comforting for the use of cover crops in banana plantation as a mean for weed control.