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

1. 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

2. 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

3. 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. Dans les années 1970-80 : un contexte original …

4. Organisation multi-échelles des plantes Poly-cyclisme Croissance rythmique x Dévelop-pement sympodial Module Pousse annuelle Unité de croissance Développement monopodial Axes x Croissance définie x x x Metamère x Unité Architecturale Arbre entier Croissance définie Croissance Ramification Réitération

5. Age Physiologique et gradients morphogénétiques dans l’Architecture de la Plante(D. Barthélémy et al.) – Effet de base – Dérive – Réitération – Acrotonie

6. Qualitatif  Quantitatif Ordre2 entrenoeuds/UC Tronc entrenoeuds/UC Rameaux courts entrenoeuds/UC Ordre 3 entrenoeuds/UC Prunus avium (Y. Caraglio) Introduction – les bases botaniques

7. Mesure, codage, extraction, analyse et représentationdes données botaniques : AMAPmod (C.Godin, Y.Guédon) Umr DAP[... ALEA] Plante réelle 350 350 300 300 250 250 Modèles 200 Extraction histogramme 200 loi 150 150 100 100 Plante virtuelle 50 50 0 0 1 2 3 4 5 6 7 0 MTG 0 1 2 3 4 5 6 7 Codage Forme ... Classes ... Décompos ... Topologie ... Attributs ... Code ... /P1/U1 +U1 ... Observation Analyse architecturale 10110000101 00110011101 11101101011 . . . 2 0 1 3 Editeur de texte A M L Mesure (digitalisation) simulation visualisation

8. Développement, Croissance et Architecture Développement Topologie Botanique Croissance Biomasse Agronomie Architecture Géometrie Infographie Modèles Structure-Fonction

9. Premières simulations 3Dmodèles architecturaux de F. Hallé SimHP(Philippe de Reffye 1979) – 1-1 Simulation des plantes

10. Chaine Graphique AMAP 1988 (Jaeger, Dinouard, Lecoustre, de Reffye) Images de synthèse sur les Paysages Simulation des plantes – 1-2 Simulation par AMAP

11. Construction d’une plante à partir d’un axe de référence Automate Simulation des plantes – 2-1

12. Simulation des plantes – 2-2 • AMAPsim Simulation de l’Organogénèse • et de la géométrie des Plantes

13. AMAPsim Simulation de l’Organogénèse et de la géométrie des Plantes(Barczi, Barthélémy, Caraglio, Dinouard, de Reffye, Rey …) 1993 Simulation des plantes – 2-3 Pin d’Alep Caféier, Merisier Tabac, Cotonnier

14. Introduction du fonctionnement dans la simulation des plantes Simulation des plantes – 3 • interception de la lumière, • transpiration, • liaison transpiration-production (efficience de l’eau)

15. Tf yf yf Tf yf yf Tf A R C H Itectural Modelling Environnement Dependant Y1 = Y0 - R.S S = S Tf Y0 • Architecture et écophysiologie : Archimed (J. Dauzat et al.)

16. 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

17. Projets GreenLab et DigiPlante Ph. de Reffye, M. Goursat, JP Quadrat, Kang Mz H. Rey, JF Barczi, D. Barthélémy Ph Cournede, A. Mathieu, V. Letort Marc Jaeger + Collaborations CAAS CAF Simulation des plantes : architecture et production des plantes

18. Biomasse produite Transpiration (kg/m2) • Architecture et écophysiologie : GreenLab et Digiplante Métamères produits Somme des degrés jours Guo Yan

19. Relations sources-puits dans le modèle dynamique GreenLab(Ph. de Reffye et al.) fruits transpiration feuilles CHO Pool de réserve Organogenèse + expansion des organes branches racines photosynthèse graine H2O Plante GreenLab

20. fruit feuille cerne racine entre-noeud

21. Exemples de simulation de plantes (Kang MengZhen, 2003) Gingko Biloba Maïs Tournesol 15 ans Blé Tomate

22. Plasticité de l’architecture d’un arbre d’un âge donné en fonction de son environnement (A. Mathieu, P.H. Cournède 2004) Conditions de lumière Age 15 15 15

23. Modèles mathématiques Simulation de la croissance Interaction Photosynthèse x organogenèse Modèle Dynamique Modèles architecturaux Hallé& al Organogenèse + géométrie Âge Physiologique Fonctionnement Sim HP de Reffye 1980 AMAP Jaeger 1988 GL1 &2 Kang 2003 GL3 Cournede 2004 AMAPsim I Barczi 1993 AMAPhydro AMAPpara Blaise 1991 Toute l’histoire en 1 diapo Simulateurs de croissance des plantes « AMAP » GL4 … >

24. Modèles mathématiques Simulation de la croissance Interaction Photosynthèse x organogenèse Modèle Dynamique Modèles architecturaux Hallé& al Organogenèse + géométrie Âge Physiologique Sim HP de Reffye 1980 AMAP Jaeger 1988 GL1 &2 Kang 2003 GL3 Cournede 2004 AMAPsim I Barczi 1993 AMAPhydro AMAPpara Blaise 1998 prototype AMAP A R C H Itectural Modelling Environnement Dependant Dauzat & al. AMAPméca Fourcaud Toute l’histoire en 1 diapo Simulateurs de croissance des plantes « AMAP » Fonctionnement … GL4 … >