# Modéliser la mouillure du feuillage : une approche réaliste et sans station météo

Alexandre Leca, B. Boissonnier, Stéphane Bélair, Maria Abrahamowicz, V.

Joubert, V. Philion

► To cite this version:

Alexandre Leca, B. Boissonnier, Stéphane Bélair, Maria Abrahamowicz, V. Joubert, et al. Modéliser la mouillure du feuillage : une approche réaliste et sans station météo. Journée Technique Agropomme, Dec 2014, Saint-Joseph-du-Lac, Canada. hal-01603321

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# Modéliser la mouillure du feuillage :
## Une approche réaliste et sans station météo

Alexandre Leca
Vincent Philion
Bastien Boissonnier
Stéphane Bélair
Maria Abrahamowicz
Valentin Joubert

<figure><img src="image_2.png" /></figure>

Journée Technique Agropomme – 17 décembre 2014
# Pas de tavelure sans mouillure

Les spores de *Venturia inaequalis* ont besoin d'eau **libre** présente assez **longtemps** pour infecter la plante

<figure><img src="image_3.png" /></figure>

$$ 
\begin{align*}
\text{Période de Mouillure} \\
&= \text{Durée d'Humectation} \\
&= \text{apport d'eau} + \text{évaporation}
\end{align*}
$$

## EAU LIBRE

Pluie

<figure><img src="image_4.png" /></figure>

Rosée

<figure><img src="image_5.png" /></figure>

<figure><img src="image_6.png" /></figure>

SÉCHAGE
# Pourquoi prévoir l'humectation?

## Prévoir le risque d'infection

*"Pas de tavelure sans mouillure"*

## Savoir quand traiter

*Humectation à risque = Traitement*

*Directives de plus en plus sévères*

<figure><img src="image_7.png" /></figure>

*prévisions de plus en plus précises*

*Produits phytosanitaires plus exigeants . . .*
# Méthodes actuelles de prévision

## Modèles empiriques "85% d'humidité relative"

<figure><img src="image_8.png" /></figure>

### Capteurs de mouillure

- Installation très locale

- Maintenance

- Coût

- Pas de standard de mesure

- Sens des données mesurées?

<figure><img src="image_9.png" /></figure>

<figure><img src="image_10.png" /></figure>

<figure><img src="image_11.png" /></figure>

<figure><img src="image_12.png" /></figure>

<figure><img src="image_13.png" /></figure>

## Modèles physiques

- Trop simplistes (= erreurs) ...

- ... ou trop complexes pour nos besoins (= lenteur de calcul)

<figure><img src="image_14.png" /></figure>
# Comment améliorer la prévision?

Un modèle physique **SIMPLE** et **RÉALISTE**

Technologies actuelles de calcul

Phénomènes bioclimatiques et thermodynamiques

Physique des pommiers (mouillabilité, architecture)

Arrêter les capteurs, se passer au maximum des stations en verger
# Tirer parti de la technologie

Avant le meilleur choix était :

<figure><img src="image_15.png" /></figure>

Aujourd'hui ...

<figure><img src="image_16.png" /></figure>

Pourquoi continuer à utiliser des méthodes approximatives obsolètes?
# Tirer parti de la technologie

## Méthodes de calcul approximatives :

* Commodes pour la pédagogie (on comprend mieux ce qui est calculé et pourquoi)

* Commodes il y a 40 ans (pas d'ordinateurs personnels performants)

## AUJOURD'HUI ...

* Nette réduction de l'erreur de simulation en améliorant simplement la méthode de calcul

<figure><img src="image_17.png" /></figure>
# Comment améliorer la prévision?

Un modèle physique **SIMPLE** et **RÉALISTE**

Technologies actuelles de calcul

**Phénomènes bioclimatiques et thermodynamiques**

Physique des pommiers (mouillabilité, architecture)

Arrêter les capteurs, se passer au maximum des stations en verger
# Bioclimatologie et Thermodynamique

Évaporation de l'eau libre sur une feuille = nombreux facteurs

<figure><img src="image_18.png" /></figure>
# Comment améliorer la prévision?

Un modèle physique **SIMPLE** et **RÉALISTE**

Technologies actuelles de calcul

Phénomènes bioclimatiques et thermodynamiques

**Physique des pommiers (mouillabilité, architecture)**

Arrêter les capteurs, se passer au maximum des stations en verger
# Physique du pommier : Architecture

La structure du feuillage évolue au cours du temps

- Densité foliaire

- Surface foliaire

- Âge des feuilles

Ne pas en tenir compte = risque d'erreurs

Possibilité de moduler les traitements en fonction
de la phénologie et du mode de conduite

<figure><img src="image_19.png" /></figure>

Comment estimer **simplement et rapidement** la variabilité spatiale
et temporelle de la structure de l'arbre?
# Physique du pommier : Architecture

## 2013/2014 : tentatives de caractérisation de l'architecture par télédétection LIDAR

### "Scan" latéral des arbres dans le verger

<figure><img src="image_20.png" /><figcaption>Fig. 3. Diagram showing the full grid pattern of contiguous elemental sampling volumes relative to the LIDAR origin.</figcaption></figure>

<figure><img src="image_21.png" /></figure>

<figure><img src="image_22.png" /></figure>

<figure><img src="image_23.png" /></figure>

### Estimation précise de la densité foliaire (idéal pour la pulvérisation)

### Difficulté d'évaluer l'interception d'eau et de lumière par une mesure latérale
# Physique du pommier : Architecture

Notre objectif (2015) : caractériser les différentes zones d'architecture typiques et avoir un suivi dynamique de l'architecture (évolution de densité et surface foliaires)

## Utilisation du détecteur LIDAR

Nouveau dispositif : "ce que voit le soleil et ce que voit la pluie"

Mesures d'avant le débourrement jusqu'à la fin de la période d'infections primaires

<figure><img src="image_24.png" /></figure>
# Physique du pommier : Mouillabilité

Mouillabilité = forme de l'eau sur les feuilles

<figure><img src="image_25.png" /></figure>

Effet de la surface d'échange eau-air sur la vitesse d'évaporation

<figure><img src="image_26.png" /><figcaption>hydrophobic</figcaption></figure>

<figure><img src="image_27.png" /><figcaption>hydrophilic</figcaption></figure>

Mouillabilité = Angle de Contact

Effet cultivar? Effet âge des feuilles? Pluie VS Rosée? Effet intensité de la pluie?
# Physique du pommier : Mouillabilité

2014 : étude des effets de l'âge, de la pluie, et du cultivar sur la mouillabilité

## 5 cultivars

McIntosh, Spartan, Empire,
Cortland, HoneyCrisp

## 5 simulations de pluie et 1 rosée

Gouttes lâchées à différentes hauteurs

## 5 stades de développement

De la feuille déroulée (F 0)
à la feuille résistante à la
tavelure
(résistance ontogénique)

<figure><img src="image_28.png" /></figure>

<figure><img src="image_29.png" /></figure>

Effet âge des feuilles

<figure><img src="image_30.png" /></figure>

McIntosh

Effet intensité de la pluie
# Physique du pommier : Mouillabilité

2014 : étude des effets de l'âge, de la pluie, et du cultivar sur la mouillabilité

## 5 cultivars

McIntosh, Spartan, Empire, Cortland, HoneyCrisp

## 5 simulations de pluie et 1 rosée

Gouttes lâchées à différentes hauteurs

## 5 stades de développement

De la feuille déroulée (F 0) à la feuille résistante à la tavelure (résistance ontogénique)

<figure><img src="image_31.png" /></figure>

<figure><img src="image_32.png" /></figure>

Effet âge des feuilles

## Étude par cultivar :

Spartan

<figure><img src="image_33.png" /></figure>

Intensité de pluie

Effet intensité de la pluie
# Physique du pommier : Mouillabilité

2014 : étude des effets de l'âge, de la pluie, et du cultivar sur la mouillabilité

## 5 cultivars

McIntosh, Spartan, Empire,
Cortland, HoneyCrisp

## 5 simulations de pluie et 1 rosée

Gouttes lâchées à différentes hauteurs

## 5 stades de développement

De la feuille déroulée (F 0)
à la feuille résistante à la
tavelure
(résistance ontogénique)

<figure><img src="image_34.png" /></figure>

<figure><img src="image_35.png" /></figure>

## Étude par cultivar :

Empire

<figure><img src="image_36.png" /></figure>

Intensité de pluie

Effet intensité de la pluie
# Physique du pommier : Mouillabilité

2014 : étude des effets de l'âge, de la pluie, et du cultivar sur la mouillabilité

## 5 cultivars

McIntosh, Spartan, Empire,
Cortland, HoneyCrisp

## 5 simulations de pluie et 1 rosée

Gouttes lâchées à différentes hauteurs

## 5 stades de développement

De la feuille déroulée (F 0)
à la feuille résistante à la
tavelure
(résistance ontogénique)

<figure><img src="image_37.png" /></figure>

<figure><img src="image_38.png" /></figure>

## Étude par cultivar :

<figure><img src="image_39.png" /><figcaption>Cortland</figcaption></figure>

Intensité de pluie

Effet intensité de la pluie
# Physique du pommier : Mouillabilité

2014 : étude des effets de l'âge, de la pluie, et du cultivar sur la mouillabilité

## 5 cultivars

McIntosh, Spartan, Empire,
Cortland, HoneyCrisp

## 5 simulations de pluie et 1 rosée

Gouttes lâchées à différentes hauteurs

## 5 stades de développement

De la feuille déroulée (F 0)
à la feuille résistante à la
tavelure
(résistance ontogénique)

<figure><img src="image_40.png" /></figure>

<figure><img src="image_41.png" /></figure>

## Étude par cultivar :

<figure><img src="image_42.png" /><figcaption>HoneyCrisp</figcaption></figure>

Effet intensité de la pluie

<figure><img src="image_43.png" /></figure>
# Physique du pommier : Mouillabilité

## Conclusions pour le modèle de mouillure du feuillage :

* Effet cultivar non négligeable mais difficile à modéliser

* Prendre des moyennes ou agrandir la base de données de cultivars

* Effet rosée et intensité de la pluie modélisable

* Modélisation propre à chaque cultivar ou tendance moyenne à tous les cv

* Effet âge des feuilles modélisable

* Cependant pas toujours grand devant l'effet pluie
# Comment améliorer la prévision?

Un modèle physique **SIMPLE** et **RÉALISTE**

Technologies actuelles de calcul

Phénomènes bioclimatiques et thermodynamiques

Physique des pommiers (mouillabilité, architecture)

**Arrêter les capteurs**, se passer au maximum des stations en verger
# Les capteurs : une fausse bonne idée

<figure><img src="image_44.png" /></figure>

## Aucun standard de mesure

Selon sa position le capteur peut rater des infections ou surestimer les risques

Ex: un capteur en terrain dégagé ne verra pas tout...un au coeur de l'arbre non plus!

<figure><img src="image_45.png" /></figure>

## La mouillure du capteur n'est pas celle de la feuille!

Étude en 2013 sur la durée de séchage d'une feuille VS un capteur

La différence de séchage est-elle importante?
# Les capteurs : une fausse bonne idée

<figure><img src="image_46.png" /><figcaption>3 cultivars</figcaption></figure>

VS

<figure><img src="image_47.png" /><figcaption>Capteur Campbell 237</figcaption></figure>

<table><thead><tr><td>CULTIVAR</td><td>FACTEUR DE SÉCHAGE</td></tr></thead><tbody><tr><td>McIntosh (2013)</td><td>1.54</td></tr><tr><td>Spartan</td><td>1.69</td></tr><tr><td>Paulared</td><td>1.14</td></tr></tbody></table>

Les feuilles sèchent plus lentement que les capteurs

Correctif empirique proposé en janvier 2014 (CDAQ) ...

... en attendant un modèle qui se passe des capteurs!
# Comment améliorer la prévision?

Un modèle physique **SIMPLE** et **RÉALISTE**

Technologies actuelles de calcul

Phénomènes bioclimatiques et thermodynamiques

Physique des pommiers (mouillabilité, architecture)

Arrêter les capteurs, **se passer au maximum des stations en verger**
# Données d'entrée du modèle

À l'heure actuelle : prévisions météo intègrent les stations dans les vergers (Réseau Pommier) : fonctionne bien

## MAIS

Contraignant

Qui assume les coûts et qui s'occupe de la maintenance?

Les modèles de prévision météo sont de plus en plus performants et précis

Les stations au verger : toujours utiles?

Sinon, comment s'en passer?
# Données d'entrée du modèle

Objectif : obtenir des prévisions météorologiques ** locales et à court terme, SANS stations agrométéorologiques installées dans les vergers**

## Modèle HRDPS d'Environnement Canada

*(High Resolution Deterministic Prediction System)*

<figure><img src="image_48.png" /></figure>

Source : S. Bélair, Environment Canada

**Résolution temporelle** : de 30 à 60 minutes selon le produit

**Résolution spatiale** : 2.5 km

**Données d'entrée** : majoritairement des données satellite

**Fréquence** : prévisions des 0 – 48 heures mises à jour aux 6 heures

**Données fournies** : température, humidité relative, rayonnement, vent, pluie, etc.

**Fait marquant** : utilisé (entre autres) pour les J.O. de Sotchi

Tout ce qu'il faut pour modéliser l'humectation!
# Données d'entrée du modèle

## Modèle HRDPS d'Environnement Canada

*(High Resolution Deterministic Prediction System)*

### Comparaison données horaires de la station de St Bruno VS prévisions horaires

<table><thead><tr><td>Variable</td><td>erreur standard</td><td>Commentaire</td></tr></thead><tbody><tr><td>Température (°C)</td><td>1.83</td><td>Très satisfaisant!</td></tr><tr><td>Humidité Relative(%)</td><td>10.76</td><td>erreur importante</td></tr><tr><td>Rayonnement (W/m²)</td><td>112.26</td><td>Satisfaisant</td></tr><tr><td>Vitesse du vent(km/h)</td><td>4.38</td><td>Satisfaisant</td></tr><tr><td>Pluie (mm)</td><td>0.86</td><td>erreur &lt; 1mm</td></tr></tbody></table>

<table><tr><td>Pourcentage Surestimé</td><td>10.76%</td></tr><tr><td>Pourcentage Sous-estimé</td><td>2.65%</td></tr><tr><td>Différence moyenne absolue</td><td>0.17mm</td></tr></table>
# Notre modèle d'humectation

Avec notre modèle physique **SIMPLE** et **RÉALISTE** nous voulons ...

... Exploiter les technologies actuelles de calcul,

... Simuler les phénomènes bioclimatiques et thermodynamiques,

... Prendre en compte la physique des pommiers aux échelles importantes,

... Nous passer des stations installées aux vergers.
# État actuel du projet

... Exploiter les technologies actuelles de calcul,
Résolution des équations avec un minimum d'approximations
Langages de programmation versatile et "légers"

<figure><img src="image_49.png" /></figure>

... Simuler les phénomènes bioclimatiques et thermodynamiques,
Bilan énergétique à l'interface feuille-eau-air
en fonction des variables environnementales

<figure><img src="image_50.png" /></figure>

... Nous passer des stations installées aux vergers.

Accès aux données du modèle HRDPS d'Environnement Canada

<figure><img src="image_51.png" /></figure>

... Prendre en compte la physique des pommiers aux échelles importantes,

Mouillabilité
Architecture : 2015

<figure><img src="image_52.png" /></figure>

... Valider le modèle : à la fin 2015
<figure><img src="image_53.png" /></figure>

<figure><img src="image_54.png" /></figure>

MERCI DE VOTRE ATTENTION

Ces travaux n'auraient pas été rendus possibles sans l'aide des nombreux techniciens et stagiaires qui ont été impliqués dans les projets de recherche (Valentin J., Manon B., Bastien B., Vincent L., Cédric B., Carole H.)

CDAQ
CONSEIL POUR
LE DÉVELOPPEMENT DE
L'AGRICULTURE DU QUÉBEC

PROGRAMME

INNOV'
ACTION

AGROALIMENTAIRE

2013-2018

Ces travaux ont été rendus possibles grâce au soutien financier du Programme Canadien d'Adaptation Agricole du CDAQ en 2013 et du programme Innov'Action Agroalimentaire de 2014 à 2016, ainsi qu'à la collaboration de l'équipe de modélisation météo du Dr. Stéphane Bélair (Environnement Canada)

<figure><img src="image_55.png" /></figure>

Environment
Canada

Environnement
Canada