Modélisation de larchitecture et de la production des plantes – la "gamme AMAP " et les...

Modélisation de l’architecture et de la production des plantes – la "gamme AMAP "

et les modèles associés

Daniel Auclair1, Jean-François Barczi2, Daniel Barthélémy1, Frédéric Blaise3/4,

Yves Caraglio2, Paul-Henry Cournède6, Thierry Fourcaud4/5, Patrick Heuret1,

Marc Jaeger4/5, Philippe de Reffye4/5, …

1, 2, 3, 4, 5 : UMR AMAP (botAnique et bioinforMatique de l’Architecture des Plantes)1 INRA, Montpellier

2 CIRAD, Montpellier

3 CIRAD, Guadeloupe

4 CIRAD, Montpellier et LIAMA, Beijing

5 CIRAD / INRIA, Rocquencourt/Futur/Saclay

6 : MAS (Mathématiques Appliquées aux Systèmes), École Centrale de Paris

Les bases botaniques Simulation des plantes

Sim HP – “AMAP” 1980 AMAPsim AMAPhydro, AMAPpara GreenLab 2000

Autres applications AMAPmod, Archimed, AMAPméca, agroforesterie,

peuplements, imagerie

Modélisation de l’architecture et de la production des plantes – la "gamme AMAP "

et les modèles associés

1990

L’architecture végétale (Hallé et al.,

1970, 1978) : une méthode et des concepts pour les arbres tropicaux en conditions « idéales ».

La modélisation stochastique de l’architecture du Caféier (Reffye, 1979) : une méthode originale pour des questions agronomiques.

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Dans les années 1970-80 : un contexte original …

Unité Architecturale

RamificationCroissance

Croissance définie

Arbre entier

Réitération

Organisation multi-échelles des plantes

Metamère

Pousse annuelle

Poly-cyclisme

Axes

Développement monopodial

Unité de croissance

Croissance rythmique

Croissance définie

Module

xx

Dévelop-pement

sympodial

x

x

x

x

x

Age Physiologique et gradients morphogénétiques dans l’Architecture

de la Plante(D. Barthélémy et al.)

– Effet de base

– Dérive

– Réitération

– Acrotonie

Qualitatif

Introduction – les bases botaniques

Prunus avium

Rameaux courtsentrenoeuds/UC

short shoot

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Troncentrenoeuds/UC

order 1

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order 2

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Ordre2entrenoeuds/UC

Ordre 3entrenoeuds/UC

order 3 GU2

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(Y. Caraglio)

Quantitatif

simulation visualisation

Mesure, codage, extraction, analyse et représentationdes données botaniques : AMAPmod (C.Godin, Y.Guédon)

Umr DAP [... ALEA]

MTG

Extraction Modèles

Codage

Forme ...Classes ...Décompos ...Topologie ...Attributs ...Code .../P1/U1 +U1 ...

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histogrammeloi

A M L

101100001010011001110111101101011. . .

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Editeur de texte

ObservationAnalyse architecturale

Plante réelle

Mesure (digitalisation)

Plante virtuelle

Développement, Croissance et Architecture

CroissanceBiomasse

Agronomie

DéveloppementTopologieBotanique

ArchitectureGéometrie

Infographie

Modèles Structure-Fonction

Premières simulations 3Dmodèles architecturaux de F. Hallé SimHP (Philippe de Reffye 1979)

Modèle de Corner(palmier)

Modèle de Roux(caféier)

Modèle de Leeuwenberg(frangipanier)

Modèle de Massart(araucaria)

Modèle d'Aubréville(terminalia)

Modèle de Troll(albizia)

Croissance du modèle de Rauh (parasolier)

Simulation des plantes – 1-1

Chaine Graphique AMAP 1988 (Jaeger, Dinouard, Lecoustre, de Reffye)

Simulation par AMAP Images de synthèse sur les Paysages

Simulation des plantes – 1-2

Construction d’une plante à partir d’un axe de référence

Simulation des plantes – 2-1

Automate

AMAPsim Simulation de l’Organogénèse et de la géométrie des Plantes

Simulation des plantes – 2-2

AMAPsim Simulation de l’Organogénèse et de la géométrie des Plantes(Barczi, Barthélémy, Caraglio, Dinouard, de Reffye, Rey …) 1993

Pin d’Alep

Caféier, Merisier

Tabac, Cotonnier

Simulation des plantes – 2-3

Introduction du fonctionnement dans la simulation des plantes interception de la lumière,

transpiration, liaison transpiration-production (efficience de l’eau)

Simulation des plantes – 3

Architecture et écophysiologie : Archimed (J. Dauzat et al.)

A R C H I tecturalModelling

Environnement

Dependant

0

1

Tf

Tf

Tf

S = Tf

= 0 - R.S

f

f

f

f

AMAPpara – AMAPhydro Calcul de la matière produite : Simulation des croissances primaire et secondaire des plantes à partir des relations source – puits (Blaise, de Reffye, Fourcaud, Houllier) 1998

Projets GreenLab et DigiPlante

Ph. de Reffye, M. Goursat, JP Quadrat, Kang MzH. Rey, JF Barczi, D. BarthélémyPh Cournede, A. Mathieu, V. LetortMarc Jaeger

+ Collaborations CAAS

CAF

Simulation des plantes : architecture et production des plantes

Mét

amèr

es p

rod

uit

s

Somme des degrés jours

0

2

4

0 40 80 120

Transpiration (kg/m2)

Bio

mas

se p

rod

uit

e

Guo Yan

Architecture et écophysiologie : GreenLab et Digiplante

Relations sources-puits dans le modèle dynamique GreenLab

(Ph. de Reffye et al.)

graine

photosynthèse

H2O

Pool de réserve

feuilles

racines

Organogenèse + expansion des organes

transpiration

CHO

fruits

branches

Plante GreenLab

feuille

racine

fruit

entre-noeud

cerne

Exemples de simulation de plantes (Kang MengZhen, 2003)

15 ans

Blé Tomate

Gingko Biloba

Maïs Tournesol

Plasticité de l’architecture d’un arbre d’un âge donné en fonction

de son environnement (A. Mathieu, P.H. Cournède 2004)

Age 15 15 15

Conditions de lumière

Sim HPde Reffye

1980 AMAPsim IBarczi1993

AMAPJaeger1988

AMAPhydroAMAPpara

Blaise1991

Fonctionnement

GL3Cournede

2004

InteractionPhotosynthèse x organogenèse

GL1 &2Kang2003

Modèle DynamiqueModèles architecturaux Hallé & alOrganogenèse + géométrie

Simulation de la croissance

Modèles mathématiques

Âge Physiologique

Simulateurs de croissance des plantes « AMAP »

Toute l’histoire en 1 diapo

GL4 … >

A R C H I tecturalModelling

Environnement

Dependant

Dauzat& al.

AMAPmécaFourcaud

Sim HPde Reffye

1980AMAPsim I

Barczi1993

AMAPhydroAMAPpara

Blaise1998

prototype AMAP

AMAPJaeger1988

Fonctionnement

GL3Cournede

2004

InteractionPhotosynthèse x

organogenèse

GL1 &2Kang2003

Modèle DynamiqueModèles architecturaux Hallé & al

Organogenèse + géométrie

Simulation de la croissance

Modèles mathématiques

Âge Physiologique

Simulateurs de croissance des plantes « AMAP »

Toute l’histoire en 1 diapo

… GL4 … >