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Dynamics of the periodically forced light-limited Droop model

Authors :
Francis Mairet
Olivier Bernard
Carlos Martínez
Biological control of artificial ecosystems (BIOCORE)
Inria Sophia Antipolis - Méditerranée (CRISAM)
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Laboratoire d'océanographie de Villefranche (LOV)
Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de la Mer de Villefranche (IMEV)
Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de la Mer de Villefranche (IMEV)
Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)
Laboratoire d'océanographie de Villefranche (LOV)
Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer - Atlantique (IFREMER Atlantique)
Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)
CONICYT doctoral grant BECAS CHILE
IPL Algae in silico (INRIA) project
ANR-14-CE04-0011,Phycover,Durabilité des productions microalgales par recyclage du phosphore et de l'azote des eaux résiduaires : vers la station d'épuration du futur(2014)
Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Laboratoire d'océanographie de Villefranche (LOV)
Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer - Nantes (IFREMER Nantes)
Université de Nantes (UN)
Source :
Journal of Differential Equations, Journal of Differential Equations, Elsevier, 2020, ⟨10.1016/j.jde.2020.03.020⟩, Journal Of Differential Equations (0022-0396) (Elsevier), 2020-08, Vol. 269, N. 4, P. 3890-3913, Journal of Differential Equations, 2020, ⟨10.1016/j.jde.2020.03.020⟩
Publication Year :
2020
Publisher :
Elsevier BV, 2020.

Abstract

International audience; The periodically forced light-limited Droop model represents microalgae growth under co-limitation by light and a single substrate, accounting for periodic fluctuations of factors such as light and temperature. In this paper, we describe the global dynamics of this model, considering general monotone growth and uptake rate functions. Our main result gives necessary and sufficient conditions for the existence of a positive periodic solution i.e. a periodic solution characterized by the presence of microalgae) which is globally attractive. In our approach, we reduce the model to a cooperative planar periodic system. Using results on periodic Kolmogorov equations and on monotone sub-homogeneous dynamical systems, we describe the global dynamics of the reduced system. Then, using the theory of asymptotically periodic semiflows, we extend the results on the reduced system to the original model. To illustrate the applicability of the main result, we include an example considering a standard microalgae population model.

Details

ISSN :
00220396 and 10902732
Volume :
269
Database :
OpenAIRE
Journal :
Journal of Differential Equations
Accession number :
edsair.doi.dedup.....7f97dd7b0acf05124004a6702284b2db