Stage m2 - estimation de la demande en azote foliaire à partir d’un...

Contexte du recrutement et définition de poste :

Titre : Estimation de la demande en azote foliaire à partir d’un modèle d’optimalité de la photosynthèse pour l’étude de la phénologie foliaire en forêt.

Mots-clés : modèle de biosphère terrestre, optimalité, photosynthèse, transpiration, phénologie

Promoteur(s) : Juliette Archambeau (PostDoc),

Marc Peaucelle (CR)

Lieu : Unité ISPA (Interaction Sol-Plante-Atmosphère) - INRAE Bordeaux, 71 av. Edouard Bourlaux, 33140 Villenave d'Ornon

Site web :

Description de l'étude

Le cycle de vie des feuilles, ce que l’on appelle la phénologie foliaire, est un processus clé du fonctionnement des écosystèmes, à la fois à l'échelle locale et régionale. Il contrôle la saisonnalité des processus biophysiques (albédo, évaporation et énergie) et biogéochimiques (carbone et nutriments) et influence la composition des écosystèmes et les interactions entre les espèces. Comprendre les réponses phénologiques au changement climatique est donc essentiel pour plusieurs secteurs, notamment l'agriculture et la sylviculture, mais aussi pour la conservation et la santé publique (allergies, climat).

Les modèles phénologiques actuels utilisés pour étudier et simuler le débourrement, la croissance et la senescence des feuilles d’arbres, sont tous basés sur un lien empirique entre phénologie et conditions météorologiques et climatiques, et principalement le concept de degré-jour (Basler et al. 2016, Liu et al. 2020). Dans un contexte de changements climatiques, ces modèles montrent de faibles performances et ne permettent pas de simuler correctement la dynamique des écosystèmes. Cela se traduit par de larges incertitudes sur les bilans de carbone et d’eau des forêts simulés par les modèles de la biosphère terrestre qui sont utilisés dans le cadre des projections climatiques de l’IPCC (Richardson et al. 2012).

La phénologie foliaire est étroitement liée à la physiologie foliaire, aspect qui n’est toujours pas pris en compte dans les modèles. Il existe en effet un compromis entre l'activité et la structure des feuilles, communément appelé le « Leaf Economic Spectrum » (Wright et al. 2004). Ce spectre reflète les stratégies des espèces et les compromis entre les fonctions des plantes ; par exemple, entre la longévité foliaire, la capacité photosynthétique et la résistance au stress hydrique. Les espèces optimisent les ressources disponibles (les nutriments, la lumière, etc.) en investissant dans le métabolisme et la structure de différentes manières. Les différentes stratégies se reflètent dans une gamme de traits fonctionnels le long d'un gradient caractérisant les espèces « rapides » et « lentes » (par exemple, les caducifoliés par opposition aux sempervirents). Les théories d'optimalité éco-évolutive (c'est-à-dire les principes qui contraignent le comportement des plantes et des écosystèmes par la sélection naturelle et l'auto-organisation) sont des pistes prometteuses à explorer pour expliquer la fonction des plantes et leur acclimatation aux conditions locales, en fournissant des explications physiologiques simples, unifiées et parcimonieuses (Franklin et al. 2020).

Dans le cadre du projet européen ERC LEAFPACE, nous avons mis en place une expérimentation sur le site d’INRAE Bordeaux afin de développer un modèle phénologique intégrant à la fois les stratégies des espèces et les rétroactions entre activité foliaire et climat. L’expérimentation inclut 13 espèces d’arbres dominantes en Europe. En 2025, nous avons collecté des données liées à la phénologie et aux traits foliaires (photosynthèse, transpiration, nutriments, structure) pour ces différentes espèces, ainsi que les conditions microclimatiques locales. L’objectif de ce master est d’établir les liens entre l’activité foliaire et la phénologie à partir d’un modèle d’optimalité existant, le P-model (Stocker et al. 2020). Dans un premier temps, les données acquises en 2025 permettront d’explorer le lien entre sénescence et activité foliaire. De nouvelles données, récoltées pendant le master, permettront ensuite d’étudier le débourrement. Le P-model repose sur deux hypothèses d’optimalité eco-évolutives, la coordination de la photosynthèse et l’hypothèse du moindre coût. Ces deux hypothèses postulent qu’à l’échelle de la feuille, l’allocation de l’azote est effectuée de manière optimale afin d’optimiser les gains et les coûts de carbone liés à l’assimilation et à la transpiration. Le P-model permet donc d’estimer, en théorie, l’activité photosynthétique optimale pour des conditions climatiques données, ainsi que la demande en nutriments correspondant suivant la stratégie de l’espèce.

Ce stage combine mesures de terrain, analyses de données et modélisation de processus. Les étapes envisagées sont les suivantes :

1. Revue de la littérature
2. Acquisition de données de trait fonctionnel (photosynthèse, SLA) au printemps 2026 (terrain)
3. Analyse des données de trait fonctionnels 2025 et 2026 pour chaque espèce
4. Calibration du P-model pour chaque espèce
5. Simulations avec le P-model pour chaque espèce à partir des données microclimatiques locales
6. Analyse des relations entre l’activité foliaire « optimale », réelle, et la phénologie. Durant cette étape l’accent sera mis sur les relations entre la demande théorique en azote foliaire et la résorption (mesurée) des nutriments pendant la senescence.

Stage conventionné ; gratification selon la réglementation.

Références :

Basler, D. Evaluating phenological models for the prediction of leaf-out dates in six temperate tree species across central Europe. Agricultural and Forest Meteorology 217, 10–21; (2016).

Liu, Q. et al. Modeling leaf senescence of deciduous tree species in Europe. Global change biology 26, 4104–4118; (2020).

Richardson, A. D. et al. Terrestrial biosphere models need better representation of vegetation phenology: results from the North American Carbon Program Site Synthesis. Glob Change Biol 18, 566–584; (2012).

Wright, I. J. et al. The worldwide leaf economics spectrum. Nature 428, 821–827; (2004).

Franklin, O. et al. Organizing principles for vegetation dynamics. Nature plants 6, 444–453; (2020)

Stocker, B. D., et al.. P-model v1. 0: An optimality-based light use efficiency model for simulating ecosystem gross primary production. Geoscientific Model Development, 13(3), 1545-1581 (2020).

Profil recherché :

Stage M2 - fin d'étude école d'ingé/grande école

Connaissances préalables : Il s’agit d’un sujet en analyse de données et modélisation, de bonnes connaissances en statistiques et programmation (R, python) sont indispensables. La compréhension des processus écophysiologiques (photosynthèse, transpiration, …) est recommandée.

Possibilité de poursuite en thèse à partir de Septembre 2026.