ETAT DES LIEUX DES MODELES DE CROISSANCE DE LA CANNE A SUCRE

Le sous-chapitre précédent fait état du potentiel multi-usages de la canne à sucre et soulève également la problématique d’une orientation de la production vers des usages antagonistes. Il est évident que la qualité de la biomasse à travers sa composition en lignocelluloses a un impact sur la rentabilité des procédés de valorisation et que cette qualité est variable. La modélisation est un moyen d’action privilégié dès lors que l’on connait les leviers agronomiques agissant sur la qualité de la biomasse. Or, parmi les modèles de croissance existant, aucun n’a à ce jour les capacités pour simuler l’accumulation des composantes lignocellulosiques de la fibre.

1.5.1. Un bref historique

La construction de modèles de croissance de la canne à sucre n’a réellement débuté qu’à la fin des années 80 avec le modèle « Auscane » (Jones et al, 1989) pour aboutir du milieu des années 90 au début des années 2000 à quatre modèles complets et fonctionnels. (i) En Afrique du Sud, le modèle « Canegro » fut intégré à partir de 1996 (Inman-Bamber et Kiker, 1997), au DSSAT, plateforme de simulation utilisée dans de nombreux pays. (ii) En Australie, le CSIRO intégra à la plate-forme de simulation APSIM (McCown et al, 1996) un modèle canne APSIM-Sugarcane dès 1995 (Robertson et al, 1995 ; Keating et al, 1999). (iii) A partir de 1984 le BSES Australien entreprit la construction du modèle « Q-Cane » (Liu et Kingston, 1995 ; Liu et Bull, 2001). (iv) A la Réunion,  en 1993, après des tests infructueux du seul modèle canne disponible (Auscane), le programme canne à sucre du CIRAD décida de construire son propre modèle de croissance de la canne à sucre, « Mosicas ».

Actuellement, APSIM-Sugarcane et Canegro sont les deux modèles les plus utilisés. Q-Cane, bien que très performant, n’est plus employé (O’Leary, 2000). Mosicas fit l’objet de nombreuses communications dans des congrès (Martiné et al., 2001 ; Martiné et Lebret, 2001 ; Martiné et al., 2002), d’une thèse (Martiné, 2003) et plus récemment d’une adaptation aux conditions du Brésil et de la région du Gharb au Maroc (Aabad et al., 2009). Cependant, son utilisation reste aujourd’hui essentiellement localisée à la Réunion.

Influences des facteurs agro-climatiques sur les modalités d’allocation de la biomasse produite aux différentes composantes lignocellulosiques des structures de la canne à sucre.

D. Sabatier – 2012

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1.5.2. Fonctionnement, avantages et inconvénients

L’étude conduite par O’Leary, (2000) compare les 3 modèles (APSIM-Sugarcane, Canegro et Q-Cane) et nous alimenterons cette comparaison en y incluant une description de Mosicas afin de déterminer les intérêts et les limites des modèles pour la simulation du sucre produit. Cette analyse, bien que les modèles aient évolué depuis, permet de les comparer sur l’ensemble des processus physiologiques intervenant dans la production du sucre. Ces 4 modèles dynamiques ont un schéma global d’élaboration du rendement canne commun qui comprend les processus physiologiques suivants : interception du rayonnement utile incident (PAR) par l’indice foliaire (LAI) modélisé essentiellement à partir des températures, puis conversion (RUE) du rayonnement utile intercepté (PARi) en biomasse et partition de cette biomasse en ses différentes composantes (tiges, limbes verts et biomasse sénescente). Puis partition de la tige en pseudo-structures (fibre et non sucres solubles) et sucre.

De cette comparaison et des évolutions récentes des différents modèles, les avantages et les inconvénients de chacun peuvent être dégagés :

Les points forts de Canegro sont, d’une part, sa formalisation de la conversion faisant intervenir la photosynthèse brute, la respiration de croissance et d’entretien, et, d’autre part, son intégration dans la plate-forme DSSAT (Hoogenboom, 2001) facilement disponible, bien documentée, et donnant accès à un réseau mondial d’utilisateurs.

Q-cane (Liu et Bull, 2001), le plus mécaniste, a comme atout principal de refléter aux mieux la réalité des mécanismes de formation du saccharose et de son utilisation pour les besoins de croissance (structure) et d’entretien (photosynthèse brute, transport et respirations dans chaque organe). Il se montre très performant en conditions irriguées optimales sur des jeux de données restreints mais sa validation en situations de stress hydrique important n’a jamais été réalisée. De plus le modèle n’est plus disponible.

Le principal avantage d’APSIM-Sugarcane est son organisation modulaire (eau, azote, évolution de la matière organique du sol et du paillis) mais réside également dans le fait qu’il puisse intégrer d’autres plantes. Il peut ainsi être utilisé dans des études de rotations ou environnementales. De plus, ses performances se sont récemment améliorées (même pour le sucre) et il comporte une formalisation dynamique de l’état hydrique de la tige très aboutie. Cependant, la documentation publiée est très imprécise (Robertson et al, 1995 ; Keating et al, 1999) et les contrats d’utilisation très restrictifs voire prohibitifs font qu’il n’est plus utilisé

ailleurs qu’en Australie. De plus il reste très onéreux et la modification du code et aussi très longue et couteuse.

Mosicas présente comme APSIM-Sugarcane l’avantage d’être organisé de façon modulaire (bilan hydrique, croissance). Il comporte une formalisation dynamique de la production des différentes composantes de la biomasse totale.

Les conclusions de O’Leary, (2000) montrent que APSIM-Sugarcane et surtout Canegro nécessitent une révision du formalisme décrivant la partition de la biomasse de tige vers le sucr. Comme pour Q-cane, ces modifications devraient adopter une approche source/puits et une formalisation dynamique de la production des différentes composantes de la biomasse totale. Concernant Mosicas on peut dire la même chose, des améliorations du module de partition de la biomasse et une modification de l’approche sont nécessaires. Néanmoins, Mosicas présentent d’autres avantages d’ordre pratique, non négligeables. Il est d’une part gratuit et d’autre part il peut être facilement compléter, modifier et tester par son concepteur dans le cadre de cette thèse.

1.5.3. La place de la fibre dans la modélisation

Parmi les quatre modèles présentés seul Q-cane (Liu et Bull, 2001) simule le processus de partition des composantes de la biomasse aérienne vers la fibre comme suggéré par O’Leary (2000). Toutefois, même si le modèle explique 95% de la variabilité observée pour la fibre avec une RMSE de 124 g m-2, il n’a jamais été validé pour cette variable. D’après les auteurs les coefficients de partition des feuilles et des méristèmes vers la fibre varient peu au cours du cycle et du développement de la plante, les allocations pour ces fractions anatomiques demeurent donc constantes dans le temps. Par contre, pour la tige usinable l’accumulation de fibre est fonction de la température et de la respiration de croissance qui est elle-même fonction de la température. Les résultats montrent que l’accumulation de fibre est mieux simulée que l’accumulation de sucre. Les fibres étant constituées pour majorité d’éléments non solubles leur accumulation est beaucoup moins versatile que celle du sucre. En effet, si l’intensité de l’accumulation des fibres peut fluctuer au cours du cycle et des phases de développement de la plante c’est un phénomène qui n’est fondamentalement pas réversible contrairement à l’accumulation du sucre (phénomène de respiration de maintenance et de croissance).

Influences des facteurs agro-climatiques sur les modalités d’allocation de la biomasse produite aux différentes composantes lignocellulosiques des structures de la canne à sucre.

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