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

Modélisation de l’architecture et de la production des plantes – la "gamme AMAP " et les modèles associés Les bases botaniques Simulation des plantes Sim HP – “AMAP” 1980 AMAPsim AMAPhydro, AMAPpara GreenLab 2000 Autres applications AMAPmod, Archimed, AMAPméca, agroforesterie, peuplements, imagerie 1990

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Simulation des plantes – 2-3 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 – 3 Introduction du fonctionnement dans la simulation des plantes interception de la lumière, transpiration, liaison transpiration-production (efficience de l’eau)

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

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

Simulation des plantes : architecture et production des plantes 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

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

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

fruit feuille cerne racine entre-noeud

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

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

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

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