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Une infrastructure pour la phénomique multi-échelle

¹ Définition temporelle: min, minutes, heures; d, jour; w, semaine. ² Méthodes et proxis pour la photosynthèse, Fluo, imagerie par fluorescence, RUE calcul indirect via le rapport biomass/rayonnement intercepté.

a. Conditions contrôlées

Les installations contiennent de 600 à 2400 (Montpellier) ou 1800 (Dijon) plantes d'espèces diverses. Montpellier analyse la réponse des plantes à la sécheresse et aux hautes températures toutes les minutes à 24h, en mesurant la croissance et la transpiration et  en analysant des représentations 3D des plantes pour le calcul de vitesses de croissance et de l'architecture. L'installation de Dijon est centrée sur la croissance des systèmes racinaires en interaction avec des micro organismes du sol, via le développement de rhizotrons brevetés avec une PME française. Les deux installations partagent des outils robotiques, des chaines de traitement d'image, la caractérisation environnementale et un système d'information. En 2018, trois installations, situées à Toulouse et Angers, ont rejoint Phenome-Emphasis pour le phénotypage des effets des micro organismes parasites ou mutualistes. L'imagerie de fluorescence de la chlorophylle et multispectrale permettent la quantification des symptômes et de la photosynthèse.

Caractérisation de systèmes racinaires et de parties aériennes de centaines de génotypes dans les installations de Dijon (a) et Montpellier (b), Images de racines et de nodules (c), image en fausses couleurs de la photosynthèse (d), couvert virtuel construit à partir de représentations 3D de plantes pour la simulation des effets génotypiques sur l'interception lumineuse (fausses couleurs, rouge=interception maximale dans des scenarios environnementaux divers (e).

b. Champ

• Deux installations au champ peuvent manipuler l'environnement, à Ouzouer le marché (près de Blois) et Clermont-Ferrand. Des sécheresses peuvent être provoqués sur 5 000 m² par des abris mobile antipluie. Un FACE permet de cultiver les plantes en conditions naturelles mais avec une concentration en CO₂ élevée. Ceci permet d'analyser la réponse de centaines de génotypes, via des caractères qui influent la photosynthèse du couvert et sa transpiration. Des réseaux de capteurs mesurent précisément les conditions micrométéorologiques et l'état hydrique du sol à différentes positions dans les parcelles. Ces deux installations sont équipées avec un dispositif commun pour l'imagerie multi-spectrale et multi-directionnelle, permettant la caractérisation de la surface foliaire, de l'architecture du couvert et de l'interception lumineuse, conjointement avec la vitesse de croissance et des estimations indirectes de l'état azoté et hydrique de la plante.
• Trois installations haut débit au champ permettent l'analyse de milliers de micro parcelles en conditions naturelles à Dijon, Montpellier et Toulouse, avec une attention particulière pour la sécheresse et les interactions biotiques. Les conditions environnementales sont suivies précisément (conditions micro climatiques, cartes des hétérogénéités du sol, en particulier d'humidité du sol. Les couverts sont imagés avec une Phenomobile et avec des drones, avec les mêmes imageries que ci-dessus. Toutes les installations bénéficient d'une chaîne d'analyse d'image commune, et d'un système d'information commun aux installations au champ et en conditions contrôlées.

Champ équipé d'abris mobiles anti pluie (Ouzouer) (a), distribution du CO₂ dans un champ de blé (Clermont Ferrand) (b), imagerie au champ avec une Phenomobile (c) et un drone (d).

c. Installations omiques

Des installations pour la métabolomique haut débit (Bordeaux), le chemiotypage et la structure des semences (Nantes) permettent de caractériser les milliers d'échantillons collectés dans les installations phénomiques, avec des débits supérieurs à ceux dans d'autres infrastructures. Ceci a nécessité des développements spécifiques pour augmenter les débits jusqu'à un million d'échantillons par an.