A 3D multi-scale virtual structure to model and simulate concurrent processes of soil evolution
2012
Leguédois, Sophie | Marilleau, Nicolas | Cambier, Christophe | Capowiez, Yvan | Cortet, Jérôme | Duponnois, Robin | Perrier, Edith | Nouhou, Salifou | Schwartz, Christophe | Watteau, Françoise | Blanchart, Eric | Laboratoire Sols et Environnement (LSE) ; Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université de Lorraine (UL) | Unité de modélisation mathématique et informatique des systèmes complexes [Bondy] (UMMISCO) ; Université Gaston Berger de Saint-Louis Sénégal (UGB)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université de Yaoundé I (UY1)-Institut de la francophonie pour l'informatique-Université Cadi Ayyad [Marrakech] (UCA)-Université Cheikh Anta Diop de Dakar [Sénégal] (UCAD) | Unité de modélisation mathématique et informatique des systèmes complexes [Bondy] (UMMISCO) ; Université Gaston Berger de Saint-Louis Sénégal (UGB)-Université de Yaoundé I (UY1)-Institut de la francophonie pour l'informatique-Université Cadi Ayyad [Marrakech] (UCA)-Sorbonne Université (SU)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD [Ile-de-France])-Université Cheikh Anta Diop de Dakar [Sénégal] (UCAD) | Unité de recherche Plantes et Systèmes de Culture Horticoles (PSH) ; Institut National de la Recherche Agronomique (INRA) | Laboratoire des symbioses tropicales et méditerranéennes (UMR LSTM) ; Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Université Montpellier 1 (UM1)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Université de Montpellier (UM)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro) | Ecologie fonctionnelle et biogéochimie des sols et des agro-écosystèmes (UMR Eco&Sols) ; Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre international d'études supérieures en sciences agronomiques (Montpellier SupAgro)-Institut national d’études supérieures agronomiques de Montpellier (Montpellier SupAgro)
The evolution of soil structure is one main feature of pedogenesis. Biological processes such as faunal or root bioturbation influence the structure of the soil ecosystem. However the soil biological activity is also largely impacted by the spatial organisation of soil (aggregation, pore connectivity). Simulation-based approach is an interesting way to explore the interactions between an evolving soil structure and bioturbation activity as well as to assess the sustainability of soil systems. Our main objective is to develop a 3D multi-scale model to represent the evolution of soil structure. It is a generic soil structure allowing calibration on various measured data (mineral and organic size distribution, bulk density…) and the choice of the constituting elements (mineral and organic matters, pores, nutriments…). Virtual processes can be introduced in this structure to model soil functioning. Our applied case study concerns soil rehabilitation by soil construction (constructed Technosol). Firstly, this work deals with the representativeness of an existing structure model: the APSF (Arborescent-Pore-Solid-Fractal). It is a discrete pattern-based soil design. The preliminary exploration analysis shows that the calibration of the APSF on size distributions and bulk densities is very sensitive. Comparison with measured data on pore network could allow a better assessment of the parameters. Secondly, we integrated the APSF into a multi-agent system (MAS) in order to model the interactions of soil structure with anecic earthworms. We will present the developed model based on SWORM (Simulated Worm) as well as its first results. Hints to model root growth in MAS are also presented.
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