Méthodes de paramétrage et d’évaluation du modèle

Pour simuler l’association blé-fétuque nous avons utilisé la version 6.0 du modèle STICS. Le paramétrage de ce modèle pour le blé et la fétuque n’a pas concerné l’ensemble des paramètres du modèle mais uniquement les paramètres spécifiques au contexte pédoclimatique et variétaux. Pour la fétuque, les paramètres du module « transfert radiatif » ont été optimisés pour la première fois dans STICS pour pouvoir les utiliser dans la version de STICS-cultures associées. Certains de ces paramètres (pédoclimatique, variétaux et bilan radiatif) ont été estimés à partir des observations obtenues directement par l’expérimentation, d’autres ont été ajustées par optimisation lorsque le paramètre a une valeur purement statistique ou lorsqu’il est difficilement mesurable. STICS, grâce à l’option « Optimiser », offre la possibilité d’ajuster jusqu’à 5 paramètres sur une seule variable de sortie. Le calcul se fait grâce à l’algorithme du simplex (Sorooshian and Gupta, 1993) qui donne une gamme de valeurs possibles de ce paramètre, la valeur retenue est celle qui présente la valeur la plus faible du critère des moindres carrés pondérés (Makowski et al., 2006).

Le paramétrage du modèle a été réalisé en utilisant uniquement les résultats obtenus sur les cultures pures (blé et fétuque) pendant les deux années d’expérimentation alors que l’évaluation du modèle a été réalisée en utilisant les résultats obtenus sur les cultures associées. Le paramétrage du modèle pour chaque espèce a été réalisé en trois étapes:

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- Optimisation des stades de développement : cette étape consistait à forcer les stades

de développement du blé et de la fétuque pour recalculer les stades spécifiques à chaque espèce à partir des observations expérimentales. Cela a pour but de s’affranchir des erreurs éventuelles sur le calcul des paramètres des autres modules de STICS qui dépendent des stades de développement phénologique (comme par exemple l’indice foliaire , LAI).

- Optimisation et ajustement des paramètres du sol : La deuxième étape était

d’optimiser les paramètres liés au sol en i) modifiant les caractéristiques hydrodynamiques initiales du sol (humidité à la capacité au champs, humidité au point de flétrissement permanents), les teneurs initiales en azote nitrique (NO3-) et les valeurs des densités apparentes au niveau des différentes couches du sol, renseignés dans STICS à partir des mesures expérimentales réalisées sur les deux essais pour les deux années expérimentales et en ii) ajustant le paramètre « q0 » à partir de la variable réserve hydrique totale du sol : ce paramètre détermine le calcul de l'évaporation du sol et donc agit sur le bilan hydrique.

- Optimisation des paramètres variétaux qui dépendent du LAI ;

L’optimisation de ces paramètres a été réalisée en deux phases :

i) Les valeurs des paramètres qui déterminent la croissance des espèces ainsi que l’absorption d’azote ont été optimisées dans un premier temps en forçant le modèle par l’indice foliaire (LAI) à partir des données mesurées. La LAI représente la variable d’état centrale dans le modèle, nous avons donc fait le choix d’ajuster en premiers ces paramètres afin d’éviter toute erreur faite à cause de la variables (LAI) sur les autres modules.

Les paramètres qui ont été ajustés concernent le module de croissance racinaire (croirac) calé à partir de la profondeur d’enracinement, le module de croissance aérienne (adens, durvieF) calé sur la LAI, les paramètres de la courbe de dilution réalisée spécifiquement pour la fétuque (adilmax, bdilmax) calés sur la quantité d’azote total de la plante.

ii) En deuxième temps, le LAI n’était plus forcé et les paramètres relatifs au module de développement qui interviennent sur l’évolution du LAI ont été déterminés (stlevdrp, JVC).

26 - Optimisation du module « transfert radiatif » ;

Pour la fétuque, nous avons optimisé le module de transfert radiatif en utilisant seulement les données mesurées en (1999-2000) à cause du nombre d’observation trop faible en (2000- 2001). Les paramètres de ce module (Ktrou, Rapforme) ont été calés sur les mesures de LAI et de la matière sèche après forçage du LAI.

Le tableau 2.2 récapitule la liste des paramètres optimisés et leurs significations pour le blé et la fétuque ainsi que leur mode d’optimisation (par expérimentation ou par optimisation). Après cette phase d’optimisation, nous avons réalisé une validation de ce paramétrage sur les traitements de cultures associées (blé-fétuque) pour les deux années expérimentales 1999- 2000 et 2000-2001 afin de tester la robustesse de ces paramètres dans la version STICS- cultures associées (voir la partie ‘Matériel et méthodes’ du chapitre 3)

Les critères statistiques utilisés pour l'estimation des paramètres et l'évaluation de la « robustesse » du modèle sont: l'écart quadratique moyen (RMSE) et l'efficience du modèle

(Ef) entre valeurs observées et simulées (Wallach and Goffinet, 1987).

Tableau 2.2 : Liste des paramètres de STICS optimisés pour le blé et la fétuque.

Paramètres Unités Détermination des paramètres

Variétaux

Croirac Vitesse de croissance du front racinaire cm degré.jours-1 _{Optimisation sur profondeur d'enracinement (Zrac)}

JVC Nombre de jours vernalisants jours

Optimisation sur

stlevamf Cumul d'unités de développement entre les stades LEV et AMF degré.jours

Données expérimentales

stamflax Cumul d'unités de développement entre les stades AMF et LAX degré.jours _{Données expérimentales}

stlevdrp Cumul d'unités de développement entre les stades LEV et DRP degré.jours

Optimisation sur LAI

stdrpmat Cumul d'unités de développement entre les stades DRP et MAT degré.jours

Données expérimentales

nbgrmax Nombre maximal de grains grains m-2 _{Données expérimentales}

durvieF Q10

Optimisation sur LAI

sea Surface specifique des enveloppes des fruits cm2 g-1 _{Optimisation sur matière sèche (masec)}

adens Paramètre de compensation entre le nombre de tiges et la densité de plantes non dimentionnel _{Optimisation sur LAI}

adilmax Paramètre de la courbe de dilution maximale [Nplante]=adilmax MS^(-bdilmax) N% _{Optimisation sur azote total plante (QNplante)}

bdilmax Paramètre de la courbe de dilution maximale [Nplante]=adilmax MS^(-bdilmax) N%

Optimisation sur azote total plante (QNplante)

Sol

q0 Paramètre d'évaporation en sol nu mm _{Optimisation sur reserve hydrique du sol (Resmes)}

Hcc Teneur en eau du sol à la capacité au champ %

Données expérimentales

Hmin Teneur en eau du sol au point de flétrissement permanent %

Données expérimentales

da Densité apparente _g.cm-3

Données expérimentales

Transert radiatif

ktrou Coefficient d'extinction du PAR à travers le végétal cm-1 Optimisation sur LAI et matière sèche (masec)

Rapforme Rapport épaisseur/largeur de la forme du végétal non dimentionnel Optimisation sur LAI et matière sèche (masec)

Description des paramètres

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