Modélisation multiéchelle et propriétés émergentes de la dégradation microbienne des matières organiques dans les sols – MEPSOM

Les sols contiennent deux fois plus de carbone que l'atmosphère et ont donc un fort impact potentiel sur l'effet de serre. Les effets des changements climatiques sur la biodégradation des matières organiques dans les sols sont largement méconnus et débattus actuellement. Des résultants récents tendent à montrer que la raison de ce défaut de connaissances réside dans la grande complexité et hétérogénéité des sols à l'échelle même des microorganismes, qui limite l'accessibilité physique des substrats aux microorganismes décomposeurs. L'objectif général du projet est de comprendre et prédire les transformations microbiennes du carbone dans l'environnement complexe et structuré qu'est le sol. Nos approches de modélisation se situent en rupture nette avec les approches de boite noire utilisées couramment pour décrire la dynamique des matières organiques des sols. Nous prendrons en effet explicitement en compte le fait que (i) les sols sont des environnements physicochimiques hétérogènes et structurés (ii) les ressources organiques et les microorganismes sont spatialement distribués de manière hétérogène et (iii) les communautés microbiennes sont complexes et entretiennent des interactions varies avec leur environnement. Le projet est fondamentalement pluridisciplinaire et associe des écologues microbiens, des biophysiciens, physiciens du sol et des modélisateurs de processus biologiques ou physiques dans les sols ainsi que des mathématiciens provenant de 5 équipes différentes. Il est organisé en 4 « work-packages » ou taches, dans lesquels expérimentateurs et modélisateurs sont étroitement associés. Les taches correspondent à une description spatialisée des composantes biologiques, physiques et chimiques du systèmes à l'échelle de l'habitat microbien, à la modélisation des éléments dynamiques (microbes, diffusion de substrat, respiration) et par la suite à une prise en compte de niveaux croissants de complexité biologique et physique, depuis des souches pures dans des microcosmes de sables jusqu'aux communautés microbiennes naturelles dans des cylindres de sol non remaniés. La description du fonctionnement biologique sera couplée avec deux familles de modèles spatialisés permettant de décrire l'environnement 3-D du sol. La première est une description voxellisée du sol, un premier modèle résolvant les équations par la méthode des EDP (µBio-3D), le second via des procedures Lattice Bolzman (BIO-TRT-LB). Le troisième modèle est basé sur une description de la porosité du sol par des primitives géométriques, couplée à des méthodes algorithmiques (Mosaic II).