ISITE - Comprendre la relation entre la photosynthèse et la fluorescence chlorophyllienne induite par le soleil (SIF) des forêts // ISITE - Understanding the relation between photosynthesis and sun-induced chlorophyll fluorescence (SIF) of forests

La photosynthèse n'est malheureusement pas mesurable directement à une échelle supérieure à celle d'une seule plante. Le manque de prédictibilité de la photosynthèse future constitue donc l'une des plus grandes incertitudes dans les projections climatiques (GIEC, 2021).

La fluorescence chlorophyllienne est une luminescence résiduelle de la photosynthèse et est donc étroitement liée à la productivité primaire brute (GPP). La fluorescence chlorophyllienne induite par le soleil (SIF) est devenue la quasi-référence dans les études sur le cycle du carbone et la réponse de la GPP aux signaux environnementaux, pour la simple raison que la SIF mesurée par satellite présente une bonne corrélation avec la GPP estimée à l'aide de tours à flux d'eddy covariance à une échelle hebdomadaire ou mensuelle. Plusieurs missions satellitaires ciblant la SIF doivent être lancées prochainement, comme la mission FLEX de l'ESA prévue pour 2026. La GPP à grande échelle ne peut autrement être mesurée directement ni déterminée à partir d'observations satellitaires. Cependant, la corrélation entre la GPP et la SIF s'effondre complètement pour les observations journalier et diurnes, et les concepts simplifiés utilisés pour décrire la SIF à partir des canopées forestières ne sont plus valables à des échelles de temps aussi courtes.

Ce projet s'appuiera sur la fusion de données et de modèles pour comprendre, d'un point de vue mécanistique, le signal observé du SIF au-dessus de la canopée forestière et son lien avec la productivité primaire brute (GPP) de l'écosystème. Il mesurera pour la première fois le SIF actif et passif au sein de la canopée, ce qui permettra de décrire de manière mécanistique d'autres processus au sein de l'appareil photosynthétique. Le⋅a doctorant⋅e modélisera la photosynthèse et le SIF de manière mécanistique, en tenant compte du transfert radiatif au sein de la canopée avec des propriétés optiques différentes pour le rayonnement photosynthétiquement actif et pour le SIF. En s'associant au projet de recherche FLORES, qui co-développera le premier instrument SIF embarqué sur drone, le projet sera en mesure d'étendre les observations locales de SIF au-dessus de la canopée à l'ensemble de l'écosystème et de les relier à la GPP de l'écosystème. Cela permettra d'étudier les variations rapides de la SIF pour analyser la photosynthèse de l'écosystème et ses réponses aux changements environnementaux rapides tels que les vagues de chaleur.

Des informations détaillées sur la thèse sont disponibles ici :
https://www.macu.de/extra/PhD_SIF_long_en.pdf
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Photosynthesis is unfortunately not measurable directly on scales greater than a single plant. The lack of predictability of future photosynthesis is thus one of the largest uncertainties in climate projections (IPCC, 2021).

Chlorophyll fluorescence is an afterglow of photosynthesis and hence tightly linked to Gross Primary Productivity (GPP). Sun-induced chlorophyll fluorescence (SIF) has become the quasi-reference in studies of the carbon cycle and the response of GPP to environmental cues, on the simple basis that remotely-sensed SIF from satellites correlates well with GPP estimated on eddy covariance flux towers on a weekly to monthly scale. Several satellite missions that target SIF are to be launched in the near future such as ESA's FLEX mission scheduled for 2026. Large-scale GPP can otherwise not be measured directly and not be determined from satellite observations. However, the correlation between GPP and SIF breaks down completely for daily and diurnal observations and the simplified concepts to describe SIF from forest canopies are not valid anymore on such short timescales.

The PhD project will use model-data fusion to understand mechanistically the observed signal of SIF above forest canopies and its link with GPP of the ecosystem. It will measure for the first time active and passive SIF within a forest canopy, making it possible to describe mechanistically other loss processes in the photosynthesis apparatus. The PhD will model photosynthesis and SIF mechanistically and with a radiative transfer within the canopy with different optical properties for photosynthetically active radiation and for SIF. By teaming up with the research project FLORES, which will codevelop the first drone-based SIF instrument for proximal remote sensing, the project will be able to upscale local above-canopy SIF observations to the whole ecosystem and link it with ecosystem GPP. This will make the fast variations of SIF available to study ecosystem photosynthesis and its responses to fast environmental changes such as heat waves.

Detailed information on the PhD thesis can be found here:
https://www.macu.de/extra/PhD_SIF_long_en.pdf
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Début de la thèse : 01/10/2026
WEB : https://www.macu.de/extra/PhD_SIF_long_en.pdf

Financement d'un établissement public Français

Université de Lorraine

607 SIReNa - SCIENCE ET INGENIERIE DES RESSOURCES NATURELLES

Nous recherchons un⋅e candidat⋅e motivé⋅e qui aime associer la biologie à la physique, c'est-à-dire qui sait combiner la modélisation biochimique au niveau de la feuille avec la modélisation physique à l'échelle de la canopée. Il⋅Elle doit posséder de solides compétences informatiques, des aptitudes en physique et être désireux de participer activement à des campagnes de mesure. Il⋅Elle doit également manifester un intérêt pour la recherche liée au changement climatique et une aptitude à travailler avec des partenaires internationaux. La thèse se déroulera pendant trois ans à l'UMR Silva sur le campus d‘INRAE près de Nancy (54280 Champenoux) à partir de l'automne 2026. Pour candidater, envoyer lettre de motivation, CV, relevé de notes du master (ou des 3 années d'école d'ingénieurs), contact d'un⋅e référent⋅e académique⋅e, résumé (300 mots) du sujet de mémoire ou de stage de fin d'études à Matthias Cuntz – matthias.cuntz@inrae.fr Les entretiens auront lieu en juin.
We are seeking a motivated candidate that likes to combine biology with physics, i.e. combining biochemical modelling at the leaf level with physical modelling at the canopy scale. All quantitative analyses will use mechanistic modelling with MuSICA so strong computer skills and an aptitude for physics will be required. As the project uses model-data fusion, active participation in two measurement campaigns will be essential. There should be an interest in research related to climate change and an affinity to work with international partners. The thesis will take place for three years at the UMR Silva on the campus of INRAE near Nancy (54280 Champenoux) from autumn 2026 onwards. To apply, please send a cover letter, a CV, the transcript of grades of the master (or of the 3 years of engineering school), a contact information of an academic reference, as well as a résumé (300 words) of the master topic (or of the end-of-study internship) to Matthias Cuntz – matthias.cuntz@inrae.fr Interviews will be held in June.