Thème et enjeux : Objectifs

Environnement et Agronomie
programme «Sol Virtuel»
Equipe Montpellier
UMR1222 INRA-Supagro
Biogéochimie du Sol et de la Rhizosphère
Ecole Technique : Modélisation du cycle du carbone et de l’azote au moyen du modèle MOMOS (MicroOrganismes et Matières Organiques du Sol)
Workshop:
Modelling of carbon and nitrogen cycle with the MOMOS model (Modelling Organic
changes by Micro-Organisms of Soil
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Thème et enjeux :
Les changements d’usage des terres liées à la déforestation pour usages agricoles, urbains et industriels, ainsi
qu’à l’intensification agronomique par fertilisation et phytoremédiation chimique apparaissent responsables d’une
part non négligeable estimée à 20-30% de l’augmentation des gaz à effet de serre liée au réchauffement
climatique. Ils entraînent également un abaissement de la durabilité des systèmes de cultures annuelles ou
arboricoles par diminution des réserves organiques des sols, ainsi que des pertes dans l’aquifère préjudiciables à
l’alimentation et à la santé. La connaissance précise des flux de carbone (C) apporté par photosynthèse, transmis
au sol par exsudation racinaire et par l’apport de litières aériennes et souterraines, puis restitué à l’atmosphère par
respiration microbienne ou partiellement accumulé dans le sol, après une étape éventuelle de métabolisation
microbienne, est une priorité de la recherche environnementale et agronomique. L’UMR Eco&Sols (IRD, INRA,
CIRAD, SupAgro) et l’INRA BEF-Nancy collectent des données pour apprécier ces flux de C et leurs déterminants
naturels et anthropiques dans des cultures annuelles et plantations forestières en liaison avec des partenaires de
15 sites méditerranéens et tropicaux. L’ensemble des données doit être intégré à des modèles d’évolution de la
matière organique dans les systèmes sol-plante, en liaison avec le climat. Une formation ciblée auprès de nos
partenaires apparaît donc cruciale pour la mise en œuvre de cette orientation de recherche.
Objectifs:
La formation concernera les approches de modélisation de l’évolution de la matière organique (modèles
centrés sur l’activité des décomposeurs / sur la qualité des matières organiques - Manzoni et Porporato, Soil
Biol. Biochem. 2009), les théories et concepts de base inhérents (temps moyen de résidence, cohorte,
qualité/récalcitrance, couplage C-N…), les forces et limites de chaque approche, en précisant le
positionnement de TAO et de MOMOS dans ce paysage. Ce dernier constitue un excellent support pour
conduire cette école chercheurs car il s’agit d’un modèle, couplé C-N, piloté par les microorganismes, et régi
par des paramètres liés aux conditions de température et d’humidité, le rendant apte à simuler les impacts
liés au changement climatique (Pansu et al., Global Biogeochem. Cycle 2004). Il définit une écologie
fonctionnelle de la biomasse microbienne, en la munissant de lois de respiration, de mortalité et
d’assimilation des autres compartiments organiques. Cette particularité permet d’apprécier au plus près la
séquestration de C et N dans les compartiments labiles et stables d’origine microbienne, et la durabilité des
systèmes. Parallèlement aux liens entre climats et fonctions microbiennes, des liaisons MOMOS sont aussi
proposées avec la qualité (Thuriès et al., Soil Biol. Biochem. 2002 ; Bottner et al., Soil Biol. Biochem. 2006)
et la forme (Pansu et al., Plant Soil 2008) des apports, et avec les propriétés des sols (Pansu et al Eur. J.
Soil Sci. 2007 ; Et. Gest. Sols 2009 ; Global Biogeochem. Cycle 2010). L’application de MOMOS à différents
écosystèmes au cours de cette école chercheurs permettra aux participants de s’approprier les différents
concepts de la modélisation de la dynamique de la matière organique du sol.
Dans l’UMR Eco&Sols qui pilote cette Ecole-chercheurs, l’équipe INRA étudie la séquestration du C en
liaison avec la fixation N sur les systèmes céréales-légumineuses (partenaires cubain et méditerranéens Montpellier, Egypte et Maghreb - Encadrement JJ Drevon).
L’unité BEF de l’Inra-Nancy qui collabore fortement avec les partenaires CIRAD de l’UMR Eco&Sols sur les
sites du Congo, du Brésil et du Costa-Rica (écosystèmes forestiers et agro-forestiers) est également
associée à cette formation. Le financement des déplacements de nos collègues des pays du sud sera
assuré par l’IRD et le CIRAD, le financement INRA concernant plutôt des frais d’accueil et de
fonctionnement sur place.
Méthode pédagogique
L’école technique comportera une préparation de Juin à Décembre 2010 de collecte de données concernant divers
écosystèmes avec premiers essais de modélisation. Elle sera suivie du 10 au 15 Janvier 2011, d’une semaine de
formation alternant (i) diverses approches et besoins des participants en matière de cycles C et N, et (ii) une
méthode de construction de systèmes d’équations différentielles au moyen de diagrammes de causes et de flux,
accessible aux non familiers des mathématiques.
L’école se déroulera en Français et en Anglais. Chaque participant devra être muni d’un ordinateur portable.
Public visé:
Chercheurs, ingénieurs ou doctorants contribuant à l’étude de la dynamique du C et N dans les sols et
écosystèmes,
Sont attendus 15 à 20 stagiaires plus 6 formateurs : M. Pansu (IRD France) et L. Sarmiento (Venezuela) coauteurs du modèle MOMOS, G. Lemaire (Cirad), F. Gérard (INRA), animateurs de l’atelier modélisation à
l’UMR Eco&Sols, L. Saint-André (Cirad-INRA) et D. Derrien (INRA), modélisation des interactions sol-plante
et de la matière organique du sol.
Modalités d'organisation
Date : De juin à Décembre 2010 : contact entre M Pansu et divers participants sur premières collectes de
données et essais de modélisation
Horaires de l'école technique:
Du 10 au 14 Janvier 2011 : école chercheurs à Montpellier,
Samedi 15 Janvier : clôture des rencontres par une visite guidée de Montpellier
Lieu : CIRAD, domaine de La Valette, Montpellier
Comité Scientifique et d'Organisation :
Marc Pansu et Martial Bernoux, IRD UMR Eco&Sols, [email protected], [email protected]
Jean-Michel Harmand, Olivier Roupsard et Guerric Lemaire, CIRAD UMR Eco&Sols, [email protected], [email protected], [email protected]
Frédéric Gérard et Jean-Jacques Drevon, INRA UMR Eco&Sols, [email protected], [email protected]
Laurent Saint-André et Delphine Derrien, INRA BEF, [email protected], [email protected]
Frais d’inscription :
Modalités d’inscription :
Vos expériences et besoins en terme de modélisation (obliqatoire - une page
maximum) :
PROGRAMME PREVISIONNEL
Lundi 10 Janvier
9-10h30 : Tour de table, présentation des participants et de leurs thématiques de recherche (1 transparent
maximum)
11-12h30 : synthèse des expériences et besoins en termes de modélisation des participants, discussions ouvertes.
14 -18h Approches de modélisation (modèles centrés sur l’activité des décomposeurs / sur la qualité des matières
organiques), théories et concepts de base (temps moyen de résidence, cohorte, qualité/récalcitrance, couplage CN…), forces et limites de chaque approche, positionnement de TAO et de MOMOS dans le paysage.
Mardi 11 janvier
9-11h : le modèle TAO (Transformation des Apports Organiques, Transformation of Added Organic materials),
historique, intérêt, intégration dans le modèle MOMOS,
11-12h30 : le modèle MOMOS (Micro-Organismes et Matière Organique des Sols, Modelling Organic changes by
Micro-Organisms of Soils : historique, intérêt et situations,
14-18h : la plateforme de modélisation VENSIM, installation, présentation, diagrammes de causes, diagrammes de
flux, programmation de quelques applications simples.
Mercredi 12 Janvier
9-10h30 programmation du modèle TAO et exemple de la transformation de quelques apports organiques dans le
sol
11-12h30 et 14-15h30 : programmation du modèle MOMOS et application à simulation des cinétiques de transferts
de matériaux marqués 14C et 15N sur un gradient altitudinal au Venezuela,
16-18h : Exemple de programmation du cycle C et N dans un système sol-plante de semis direct de mais sous
couvert végétal au Venezuela
Jeudi 13 Janvier
Matin : suite de l’étude du cycle C et N dans un système sol-plante de semis direct de mais sous couvert végétal
au Venezuela
Après-midi : projets de programmation pour des applications propres à divers participants ;
Vendredi 14 Janvier
9-12h30 et 14-15h30 : suite d’études de programmation pour des applications propres à divers participants ;
16-18h : enquête de satisfaction auprès des participants et ébauches de collaborations futures, plans de travaux et
projets de publications
Samedi 15 Janvier
sortie visite guidée en commun de la ville de Montpellier