Dans le système de production agricole, les modèles de simulation des cultures sont normalement utilisés pour évaluer l’impact du changement climatique prévu. Cela a été prouvé par plusieurs scientifiques (Jones et al., 1995; Carbone et al., 2003 ;Chipanshi et al., 2003; Tsvetsinskaya et al., 2003 ; Challinor et al., 2007). Les modèles de simulation des cultures ont été un outil efficace et étendue dans l'étude des plantes et études d'impacts de la variation climatique (Jones et al., 2003 ; Carbone et al., 2003 ; Easterling et al., 2003 ; Timsina et Humpreys, 2006).
L’utilisation d’ORYZA 1 et SIMRIW, a simulé l'impact du changement climatique en Asie. Saseendran et al. (2000) ont utilisé CERES-Rice pour évaluer l'effet du changement climatique sur le riz et la production dans la zone tropicale humide du Kerala, en Inde. Yao et al. (2007) ont également utilisé CERES-Rice pour évaluer l'impact du changement climatique sur le rendement dans les principales zones de culture du riz de la Chine. D'autre part, Tsvetsinskaya et al. (2003) ont utilisé des modèles de culture DSSAT pour déterminer l’effet d’échelle spatiale des scénarios de changement climatique sur la production agricole dans le Sud-est des Etats-Unis. Xiong et al. (2007) ont modélisé la production de maïs potentiel en Chine sous deux zones climatiques ; scénarios utilisant CERES-Maize. Une longue liste sur l’application des modèles de simulation des cultures peut être vue dans Reddy et Hudges (2000), et des documents de Jones et al. (2003) et Timsina et Humpreys (2006).
Les modèles publiés décrivant la croissance des plants sont pour la plupart des modèles empiriques, c'est-à-dire qu’ils ont développé à partir d’observations de faits expérimentaux. Il
existe également des modèles dits mécanistes ; qui sont construits à partir des théories sur le comportement de la population et qui sont donc intellectuellement plus satisfaisants ; ces modèles sont basés sur les phénomènes biologiques et leur compréhension, et sont parfois appelés modèles phénomènologiques.
1.5.1. Simulation des cultures
Les modèles de simulation des cultures sont définis comme des programmes informatiques qui simulent la croissance des cultures par intégration numérique des processus constitutifs (Sinclair et Seligman, 1996). Plus précisément, il s’agit d'un programme informatique décrivant la dynamique de la croissance d'une culture par rapport à l'environnement, opérant sur un pas de temps un ordre de grandeur inférieur à la longueur de la saison de croissance, et avec la capacité de variables de sortie décrivant l'état des cultures à différents points dans le temps (par exemple de la biomasse par unité de surface, stade de développement, le rendement, la teneur en azote de la canopée, etc.). Ces modèles de culture miment la croissance des cultures et de l'évolution pour un ensemble donné d'intrants ou de l’information du sol, du climat et des paramètres du modèle de culture spécifique.
1.5.2. Simulation de la surface foliaire et de l’indice de surface foliaire
La surface foliaire verte a été quant à elle simulée avec différentes approches telles que les fonctions discontinues (Dale et Milthorpe, 1983), ou l'analyse de régression (Baker et al., 1975). Dans certains modèles comme CERES, GOSSYM et STICS, la surface foliaire est calculée à partir de la biomasse partitionnée sur les feuilles, en utilisant le concept de la surface foliaire spécifique. Certains auteurs croient que le calcul de la surface foliaire à partir de la biomasse est approprié pour modéliser l'expansion des feuilles indépendamment du besoin de carbone de la plante.
La surface foliaire des plantes reste relativement stable pour des densités inférieures à 5 plant/m2, et diminue ensuite régulièrement avec l’augmentation de la densité. Tandis que la hauteur des plantes augmente quant à elle dans la gamme de 3 à 5 plants /m2, et reste stables pour des densités inférieures (Kasperbauer et Karlen, 1994 ; Sonohat, 1997) dans les conditions normales d’irrigation.
1.5.3. Simulation de l’indice de surface foliaire
L’indice foliaire dépend de l’espèce, du stade de développement, des conditions du site, de la saison ainsi que des pratiques culturales. C’est un paramètre dynamique qui varie au jour le jour et très documenté dans le cas des forêts (Welles, 1985, Le Dantec et al., 2000; Tuner et al., 2000). Il est calculé à partir de densité de plantes et la surface foliaire de toutes les feuilles vertes) la floraison (Ruget, 1991).
Beadle (1993) rapporte les chiffres entre 2 et 4, l’indice foliaire pour les cultures annuelles. Ces mesures peuvent aller de 0,4 à 41 et Beadle (1993) impute ces différences aux méthodes de mesure. Il en existe deux : les méthodes directes et les méthodes indirectes (Fassnacht et al., 1994 ; Kussner et Mosandi, 2000). Les méthodes directes sont les plus précises mais prennent du temps et ne peuvent être fiables qu’à petite échelle comme dans le champ. Elles ne sont plus applicables dans le cas de dynamique spatio-temporelle de suivi des forêts, par exemple (Chason et al., 1991). Les méthodes directes sont utilisées dans le calibrage des méthodes indirectes (Jonkheere, 2004). Parmi les méthodes directes, on a des méthodes destructives qui sont plus précises (Chen et al., 1997), mais faussent les résultats. On les utilise dans le calibrage des méthodes indirectes (Cutitni et al., 1998). Les méthodes indirectes sont documentées par Jonkheere et al, (2004), et concernent plus les suivis de grandes superficies.
Certains modèles sont utilisés à des fins de comparaison avec les modèles spécifiques, ou pour les études par simulation. Ce sont également des modèles empiriques dont les paramètres ont une signification biologique. Ainsi, pour le peuplement mono-spécifique, les variables morphologiques du modèle (LAI, Hauteurs) caractérisent le couvert dans son ensemble (Jones et Kiniry, 1986 ; Grant et Hesketh, 1992 ; Bouman et al., 1996 ; Brisson et al., 1998). Il semble donc nécessaire de développer une modélisation du fonctionnement du couvert capable de prédire de façon mécaniste le développement d’un ensemble de plants en compétition, à partir des règles de morphogenèse invariante.