Lorsque les viticulteurs tentent d'optimiser le rendement et la qualité de leurs cultures, les structure de la canopée est un déterminant clé. Les systèmes de conduite de la vigne produisent des architectures de canopée qui peuvent être personnalisées pour différentes conditions de croissance. La modélisation des effets sur les échanges gazeux de ces structures de canopée implique l'utilisation de données au niveau des feuilles, mais en tenant compte des hétérogénéités qui existent dans toute la canopée. La modélisation précédente a largement négligé ces variations.

Dans un article récent publié dans Annals of Botany, Jorge A. Prieto et ses collègues ont développé un modèle de plante fonctionnel-structurel qui étend les processus du niveau de la feuille au niveau de la canopée entière afin d'évaluer comment la structure de la canopée affecte les échanges gazeux. Les chercheurs ont combiné un modèle d'architecture de canopée 3D, un modèle d'interception de la lumière et un modèle prenant en compte la photosynthèse et la conductance stomatique qui intègre la variation liée à la lumière dans la distribution de l'azote dans la canopée. Ils ont ensuite testé le modèle en utilisant des plantes avec différents systèmes de formation cultivées dans des chambres, en évaluant les échanges gazeux de la plante entière.

La capacité de ce modèle à tenir compte d'une distribution non uniforme de l'azote de la lumière et des feuilles à travers la canopée lui a permis de prédire de manière fiable l'échange quotidien global de gaz dans différentes architectures de canopée avec un faible niveau d'erreur. Les modèles ne considérant que la capacité photosynthétique maximale pour toutes les feuilles ont surestimé l'échange net de dioxyde de carbone de près d'un tiers. Bien qu'il ne soit pas rare, l'extrapolation des données des feuilles individuelles à l'ensemble de la canopée peut être très trompeuse. "Les modèles de plantes fonctionnelles et structurelles sont de plus en plus utilisés pour comprendre les interactions complexes entre l'architecture des plantes et les processus physiologiques chez de nombreuses espèces à différentes échelles", écrivent les auteurs. Ils notent que "l'un des principaux défis lorsque l'on travaille avec des modèles à l'échelle de la plante est leur validation avec des données de terrain indépendantes, en particulier pour les vivaces fruitières. Pourtant, très peu de tentatives ont été effectuées pour valider les modèles d'échange de gaz à l'échelle de l'usine.

Certaines hypothèses ont été faites afin de simplifier le modèle, y compris la température uniforme de l'air, l'humidité relative, la vitesse du vent et les niveaux de dioxyde de carbone dans la canopée. Le pas de temps du modèle a également été fixé à une heure pour que les temps de calcul restent gérables, bien que cela signifie que les changements très rapides, tels que les taches solaires, n'ont pas été pris en compte. Dans certains cas, comme la variabilité du vent dans la canopée, davantage de données sont nécessaires avant que ces facteurs puissent être modélisés de façon réaliste. "Ces études ouvrent la voie à l'évaluation à l'échelle de l'ensemble de la canopée des possibilités d'adapter la conduite du vignoble aux contraintes environnementales telles que le déficit hydrique ou la température élevée qui sont habituellement observées dans de nombreuses régions viticoles du monde", écrivent les auteurs.