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Les femelles sexuellement matures exsudent une sécrétion via le cloaque qui attire les mâles errant sur le territoire. Pendant la saison des amours, les femelles sont souvent poursuivies et harcelées pendant des heures par un mâle. Le mâle bouscule la femelle de côté et tente de la faire s’immobiliser. Encore et encore le mâle essaie de fixer la femelle avec son poids sur le sol en montant par derrière. En montant, le mâle tente de sentir le cloaque de la femelle avec l’ongle qui se trouve à l'extrémité de sa queue en forme de faucille. Avec de courtes poussées rythmiques, il tente alors de pousser son ouverture cloacale au plus près de celle de la femelle. Durant l’excitation sexuelle, il émet des sons de souffle, qui sont audibles loin. Le choc des carapaces provoque également un bruit de martèlement. La plupart de ces tentatives d’accouplement sont infructueuses. Cependant la femelle continue sans être impressionnée, d'éviter d’autres approches intempestives du mâle en s’enfuyant et en se cachant. Les femelles qui s’accouplent, quant à elles, restent immobiles et relèvent légèrement leur carapace abdominale. Ce faisant, elles étendent la queue vers l’arrière et détendent le cloaque pour permettre au mâle de s’accoupler. Les tortues rayonnées qui s’accouplent peuvent rester en position d'accouplement pendant plusieurs minutes avant de se séparer. Cependant, les accouplements réussis dans lesquels le mâle réussit à insérer le pénis dans le cloaque de la femelle sont relativement rares
En captivité, on peut encourager le processus d’accouplement en évitant toute sorte de perturbation. La séparation de congénères non impliqués et curieux est également recommandée. Un substrat de fond anti dérapant fournit une bonne base pendant l’acte. Plus les animaux restent longtemps en position de copulation, plus la fécondation est probable. Nous avons pu observer des accouplements réussis avec nos animaux principalement en fin d’après-midi ou en début de soirée. Les conditions climatiques, avant ou après un orage estival, semblent particulièrement favorables. En général, les conditions pour un accouplement réussi d’Astrochelys radiata semblent être bien meilleures dans une enceinte extérieure ensoleillée et naturelle qu'à l'intérieur. Nous supposons que les animaux sont mieux stimulés par la lumière directe du soleil.
Nous avons observé que dans notre population, les mêmes couples se retrouvent encore et encore. Les mâles et les femelles semblent avoir certaines préférences malgré le choix de plusieurs partenaires potentiels. Comme les critères de sélection et les préférences de chaque individu sont difficiles à interpréter, il n’est pas toujours facile de constituer un groupe reproducteur harmonieux. Essayer de réunir des couples reproducteurs selon son propre goût entraîne clairement un taux de fertilisation plus faible. Si les tortues étoilées des deux sexes sont maintenues dans des conditions de faible stimulus (p. ex., températures et humidité modérées), l’accouplement ne se produit pas. Il est donc tout à fait possible de garder des groupes mâles d'Astrochelys de manière pacifique et sans stress dans des conditions à faible stimulus et un espace suffisamment grand. D’autre part, l’accouplement peut être facilement encouragé par la température et l’humidité artificiellement régulées vers le haut et si les tortues sont exposées à la lumière du jour en même temps.