| Summary: | Le travail de recherche mené au cours de cette thèse a permis de mettre en place le modèle MOSST, un modèle de structure du sol basé sur des voxels et en 3D. Le sol simulé est séparé en trois niveaux : (i) celui des voxels qui sont la plus petite échelle prise en compte dans le modèle ; c'est aussi au niveau des voxels qu'est stockée l'information relative à la structure du sol, chaque voxel possède un état qui correspond à un composant du sol : ex. vides, solides, matières organiques; (ii) celui des pièces qui sont des cubes de 40 voxels de coté et (iii) celui du bloc de sol qui représente (taille et forme) l'ensemble de l'environnement simulé. Pour pallier aux contraintes du stockage informatique de la structure du sol, un système d'encodage a été mis en place ainsi qu'un système de chargement dynamique de la structure qui permet de charger et décharger une partie de la structure virtuelle. Ce modèle à la particularité de pouvoir être initialisé à partir d'images 3D, issues de la tomographie aux rayons X, ce qui permet d'initialiser un sol virtuel avec une structuration réelle. Le modèle MOSST a été conçu pour être le plus générique possible permettant ainsi son adaptation et son évolution en fonction des agents structurants associés. Un premier couplage a été réalisé avec un modèle d'agent ver de terre qui permet de simuler la production de déjections et le creusement de galeries par les vers de terre anéciques et endogés. Ce modèle d'agent ver de terre apporte une innovation importante : un système de gestion des galeries qui guide les vers lorsqu’ils creusent. Il simplifie aussi l’implémentation des anéciques et empêche les agents vers de terre d'avoir des comportements non réalistes tels que recreuser dans leurs propres galeries. Une analyse de sensibilité de ce modèle, a démontré l'importance de la vitesse de creusement dans la simulation de l'activité de bioturbation des vers. Une première calibration a été réalisée à l'aide des données issues de la littérature complétées par des données issues d’une étude en microcosmes sur l'activité de bioturbation de trois vers de terre endogés (A. caliginosa, A. chlorotica, A. icterica). Nous avons montré que A. chlorotica peut être assimilée à une espèce épi-endogée en lien avec son activité principalement localisée sur les premiers centimètres de sol tandis que la bioturbation de A. icterica correspond à celle d’un endogé strict. Afin de rendre compte de l'impact d'outils de travail du sol sur la structure, une expérience en plein champ nous a permis de préciser l’évolution de la structure du sol, au cours des étapes de semis dans un système en labour. Le labour entraîne une augmentation de la porosité, la reprise de labour une décroissance rapide de la porosité jusqu’à environ 5-7 cm et un tassement des couches plus profondes par rapport à la situation post-labour. === We built up the model MOSST, a MOdel of Soil STructure in 3-dimensional and based on voxels. In this model, soil is split in three levels : (i) the voxel one, voxel is a cube that represents the smallest simulated feature. Every voxel holds a state that corresponds to a soil element, e.g. organic matter, void, solid, etc; (ii) the piece level, pieces are cubes of 40 voxels side; (iii) soil block one which gives the shape and size of the simulated environment. To overcome memory constraints while large soil structures are simulated, an encoding of the pieces and a system to dynamically load and unload parts of the environment were implemented. One of the interesting features of MOSST is that it can be initialized using 3D images, e.g. from X-ray tomography, and thus be initialized with a real structuring. MOSST was built in order to be as generic as possible and therefore it may be coupled and adapted to numerous structuring processes. A first coupling was done with a model of earthworm agents which simulates the burrowing and cast production of anecic and endogeic earthworms. This model introduces an innovating system to manage burrow paths which simplifies anecic earthworm implementation and forbids some impossible behaviours such as to burrow inside an existing burrow. A sensitivity analysis of this model showed that earthworm's burrowing speed is a main factor affecting their bioturbation. A first calibration was performed using data available in the literature and data from a study in microcosms on three endogeic earthworms bioturbation (A. caliginosa, A. chlorotica, A. icterica). It was shown that A. chlorotica holds an epi-endogeic behaviour because it bioturbates the soil mostly in the top few centimetres whereas A. icterica has a true endogeic behaviour. To account for tillage impact on soil structure, a field experiment was performed in order to compare soil structure development during tillage steps in a ploughed system. Ploughing led to an increase in soil macroporosity, sowing combined with a rotary harrowing led to a sharp decline in soil macroporosity to a depth of 5-7 cm with a macroporosity deeper in the soil which is smaller than after ploughing. A comparison of soil structure was performed after sowing in three tillage systems : ploughing (P), superficial tillage (ST) and direct seedling (DS). Soil macroporosity was the lowest in DS and was the same within the first 7 cm in P and ST. Deeper in the soil ST is less porous than P. The work carried out is the foundation of a model that aims at simulating soil structure dynamics in various farming practices. The coupling of MOSST with new structuring agents such as compaction due to tillage or root growth is now needed to improve the model. The acquisition of new data is also needed to improve the model of earthworm bioturbation.
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