Vous cherchez...

 
Une recherche
   
   
 
 
Architecture et développement des plantes
(ACR)
- Mot(s) clé(s) :
Objet d'étude : image
Question sociétale et finalité, contexte : développement durable
Démarche, discipline : Biologie du développement, Botanique, Génie logiciel
Afficher la suite
Objet d'étude : image
Question sociétale et finalité, contexte : développement durable
Démarche, discipline : Biologie du développement, Botanique, Génie logiciel
Dispositif technique et méthode d'étude : analyse statistique, bioinformatique, modélisation des systèmes complexes, realite virtuelle, statistique, systématique
Réduire

- Description détaillée :
- Architecture et morphologie végétale, Anatomie, Phénologie, Biologie florale ;
- Adaptation de Afficher la suite
- Architecture et morphologie végétale, Anatomie, Phénologie, Biologie florale ;
- Adaptation de l'arbre au vent, Biomécanique de l'arbre ;
- Equations aux dérivées partielles, Matrices de transfert, Méthodes d'agrégation, Méthode des éléments finis, Méthodes Statistiques, Processus Stochastiques ;
- Image numérique, Traitement d'image, Caractérisation, Reconstruction 3D ;
- Assimilation carbonée, Micro météorologie, Transferts radiatifs, Evapotranspiration.
o Diversité et plasticité de l'architecture des plantes
L'objectif est d'analyser, de comprendre et de définir les modalités de construction de l'architecture des végétaux à travers l'étude des processus élémentaires de croissance, de ramification et de réitération ou les notions de séquence de différenciation, de développement et d'âge physiologique des méristèmes, en relation avec les facteurs génétiques, écologiques et culturaux qui les contrôlent. Il s'agit ainsi :
- à partir de descripteurs essentiellement morphologiques et anatomiques, et par des méthodes d'analyse qualitatives et/ou mathématiques dédiées, d'identifier et d'analyser les caractères stables et les gradients endogènes qui caractérisent l'organisation générale des plantes, leur mode de croissance, de ramification, de réitération et de floraison ;
- de mettre au point des méthodes de diagnostic de l'état de développement des plantes et des protocoles et plans d'échantillonnage pour aborder efficacement la quantification ou la comparaison de leur mode d'édification ou de leur plasticité morphologique et architecturale ;
- de caractériser les contributions relatives des facteurs génétiques, écologiques et culturaux (ex. taille des arbres fruitiers ou forestiers, densité de plantation,...) dans les variations des traits morphologiques et architecturaux ;
- d'analyser, de modéliser, de simuler et de comparer la mise en place de l'architecture des plantes dans des conditions de croissance définies ou fluctuantes ;
- de valoriser et diffuser les nombreuses connaissances et l'expertise acquises dans ce domaine par (i) la rédaction d'articles de synthèse, d'ouvrages et de manuels dédiés à un public académique ou technique, (ii) la participation à des enseignements (classiques et à distance) diplômants, professionnels et/ou techniques ou par l'organisation de formations et d'écoles chercheurs dédiées, et (iii), par la constitution de bases de données et de documents multimédia, accessibles sur la toile et supports de l'activité scientifique et/ou pédagogique.
Les applications de ces recherches concernent l'amélioration des plantes (identification de critères architecturaux utilisables pour la sélection), la conduite des peuplements (effets de la densité, de l'ombrage, de la nutrition, etc.) et le diagnostic de l'état physiologique des arbres dans diverses situations (ex. en forêts naturelles ou parcs, végétation urbaine, péri-urbaine).
o Analyse et modélisation intégrées de l'architecture et du fonctionnement des plantes
Ce thème a pour objectif de modéliser et de simuler, sur les bases botaniques définies par le thème précédent, et en utilisant diverses connaissances et données de l'écophysiologie, le fonctionnement, le développement architectural et la production des plantes (notamment la distribution et la répartition de la biomasse dans l'architecture, au cours de l'ontogénie et en fonction des conditions du milieu).
A des échelles de temps très courtes, l'intégration de l'architecture et du fonctionnement est réalisée en utilisant l'architecture comme support pour implémenter des modèles micro-météorologiques et écophysiologiques. Grâce à des méthodes de simulation numérique, il est alors possible d'accéder à des bilans détaillés de diverses variables biophysiques (éclairement, température, transpiration, photosynthèse,...) à différentes échelles spatiales (organe, unités de croissance, plante, espèce, parcelle). Ces modèles permettent :
- de fournir des informations pour l'analyse de la croissance (ex : simulation de l'éclairement des feuilles pour expliquer leur expansion surfacique) ;
- d'intégrer divers processus de façon très précise en utilisant les informations attachées aux représentations architecturales ;
- d'analyser les conséquences des hypothèses simplificatrices introduites dans les modèles, relatives en particulier au mode de représentation des plantes.
L'intégration de ces processus écophysiologiques et micro-météorologiques à l'échelle de la plante entière et sur des périodes pluriannuelles est à la base des outils de simulation de la croissance des plantes qui sont développés dans le cadre de ce projet. Historiquement, ces outils mettent en oeuvre des techniques de simulation pas à pas qui nécessitent de construire tous les organes de la plante à chaque cycle de croissance. La nouvelle génération de simulateurs fonctionne à partir du modèle de croissance GreenLab initialement développé en collaboration avec le laboratoire franco-chinois LIAMA (Beijing ; Chine ; http://liama.ia.ac.cn/). Ce modèle est formulé à l'aide d'une équation de récurrence qui fournit la biomasse à chaque pas de croissance en s'affranchissant de construire explicitement l'architecture. L'avantage essentiel d'une telle approche est qu'elle permet de définir des modèles agrégés à grosseur de grain variable, permettant ainsi de trouver un bon compromis entre la précision de la description topologique de la plante et le coût de simulation.
Le développement du modèle GreenLab et des outils de simulation se poursuit en particulier dans le cadre du projet Digiplante (projet Inria Rocquencourt, Cirad et Ecole Centrale de Paris http://www.inria.fr/recherche/equipes_ur/digiplante.fr.html).
L'utilisation pratique de ces logiciels de simulation nécessite également de développer des outils de calibration et d'optimisation permettant de reproduire l'évolution de l'architecture de plantes cibles. Ces outils sont essentiels en vue de comprendre et quantifier les relations entre architecture végétale et fonctionnement avec des applications potentielles en agronomie.
L'ambition, à terme de ce thème, est de faire évoluer cette nouvelle génération de modèles fonctionnels intégrant l'architecture des plantes (en incluant le système racinaire) ainsi que des processus physiologiques de base pour (i) réaliser des expérimentations in silico sur des plantes virtuelles réactives à leur environnement (stress hydrique, gravitropisme, phototropisme, adaptation biomécanique, interventions humaines, etc.) et (ii) in fine évaluer leur production. Les applications les plus immédiates concernent des plantes d'architecture relativement simple présentant un intérêt scientifique ou agronomique particulier (blé, maïs, tournesol, cotonnier,...).
o Imagerie volumique
Ce troisième thème concerne le développement d'outils logiciels pour l'imagerie volumique et s'intéresse aussi à leur mise en oeuvre pour diverses applications au sein de l'équipe, de l'UMR et dans le cadre de diverses collaborations. A partir d'une expérience acquise dans le domaine de l'imagerie médicale (activités transférées et ayant abouti à la création de deux start-up i.e. Trigem Ortho en 2003 et en orthopédie dento-faciale ; http://www.trigem-ortho.com/ et Intrasense en 2004 et en oncologie ; http://www.intrasense.fr/index.html), ce thème "transversal" cherche à développer, auprès des biologistes, des méthodes pour visualiser, décrire et suivre dans le temps l'anatomie et la géométrie des structures végétales tridimensionnelles. Les différentes études menées portent essentiellement sur :
- le traitement d'image ;
- l'identification, la caractérisation spatiale et géométrique, et la représentation des structures identifiées ;
- la spécification et l'automatisation des processus de traitement et de caractérisation.
Résultats publiés
Marqueurs morphologiques et architecture : les marqueurs permettent d'accéder, a posteriori, à la chronologie des évènements de croissance et de ramification en relation avec l'environnement.
Jaffuel S., Dauzat J., 2005. Grosfeld J., Barthélémy D., 2004.
Analyse et modélisation de la ramification : identification et caractérisation de structures à une échelle locale (niveau noeud d'insertion foliaire) et à un niveau plus macroscopique (notion de zones).
Guédon Y., Heuret P., Costes E., 2003. Heuret P., Guédon Y., Guérard N., Barthélémy D., 2003.
Le travail de thèse P. Heuret a été récompensé par la médaille de l'Académie d'Agriculture de France.
Mise au point d'outils et méthodes de description et d'analyse via des algorithmes d'alignement d'arborescences et des modèles d'arbres de Markov cachés : modélisation, comparaison et classification des systèmes ramifiés entiers.
Durand J.-B., Guédon Y., Caraglio Y., Costes E., 2005. Ferraro P., Godin C., Prusinkiewicz P., 2005. Durand J.-B., Gonçalvès P., Guédon Y., 2004. Ferraro P., Godin C., 2003. Ferraro P., Godin C., 2003.
Les critères architecturaux confrontés à des paramètres physiologiques (photosynthèse et conduction) permettent de considérer les rejets sur les arbres en sous-bois comme des éléments indispensables à la survie et à la reprise de la croissance et comme éléments de diagnostic de l'état physiologique des arbres.
Roggy J.C., Nicolini E., P., I., Caraglio Y., Bosc, A., Heuret P., 2005. Caraglio Y., Drénou C., Nicolini E., 2005. Nicolini E., Caraglio Y., Pélissier R., Leroy C., Roggy J.C., 2003. Cochard H., Coste S., Chanson B., Guehl J.M., Nicolini E., 2005.
Un modèle formel a été développé pour simplifier la représentation de la couronne d'un arbre à différentes échelles afin d'intégrer des contraintes physiques (occupation de l'espace, accessibilité à la lumière).
Boudon F., Prusinkiewicz P., Federl P., Godin C., Karwowski R., 2003.
Intégration de l'architecture et du fonctionnement : la plate-forme de simulation de processus biophysiques Archimed, enrichie de modules de simulation de l'assimilation carbonée et de la conductance stomatique, permet d'aborder les mécanismes de réponse de la plante aux sollicitations environnementales.
Chenu K., Franck N., Dauzat J., Barczi J.F., Rey H., Lecoeur, J., 2006.
La modélisation de la répartition de la biomasse au sein de l'architecture des plantes (« Greenlab ») permet de rendre compte de l'effet des conditions environnementales (ex : ETP) dans le but de traiter des applications agronomiques.
Yan H.-P., Kang M.Z., de Reffye P., Dingkuhn M., 2004. A.
La modélisation topologique du méristème apical caulinaire d'Arabidopsis thaliana à l'échelle cellulaire permet de tester les hypothèses relatives aux mécanismes de régulation des flux d'auxine pour expliquer la géométrie des méristèmes et leur capacité à générer des primordiums foliaires.
Barbier de Reuille P., Bohn-Courseau I., Godin C., Traas J, 2005.
Organisation de colloques :
- Organisation du symposium '2003' International Symposium on Plant growth Modeling, simulation, visualization and their Applications en octobre 2003, à Beijing, Chine). http://liama.ia.ac.cn/~PMA03/. Les articles sélectionnés ont été publiés dans un ouvrage : Plant growth modelling and applications (PMA03), Hu B., Jaeger M. (Eds), Tsinghua University Press, Springer; 435p.
- Organisation du 4e colloque international sur la modélisation structurale et fonctionnelle des plantes (http://amap.cirad.fr/workshop/FSPM04/Proceedings.html) en juin 2004, sur le campus Ensam-Inra de Montpellier. Une sélection d'articles a été publiée dans la revue New Phytologist.
Logiciels :
- Portage et finalisation du logiciel DIOGENE. Ce logiciel réalise la plupart des traitements biométriques envisageables dans le cadre de l'amélioration génétique des plantes pérennes ou annuelles.
Agwanda C.O., Baradat P., Eskes A.B., Cilas C., Charrier A., 2003.
- Réalisation d'une première plate-forme pour l'étude des modèles écophysiologiques de l'architecture des plantes : ALEA.
Pradal C., Donès N., Godin C., Barbier de Reuille P., Boudon F., Adam B., Sinoquet H., 2004. ALEA: A software for integrating analysis and simulation tools for 3D architecture and ecophysiology.
- Création de la start-up Trigem Ortho (2003) en orthopédie dento-faciale (http://www.trigem-ortho.com/ ) ; et de la start-up Intrasense (2004) en oncologie (http://www.intrasense.fr/index.html ).
Le but de cette activité est d'analyser, de comprendre et de prédire les modes d'édification et de développement architectural des plantes, leur plasticité, leur production et d'identifier le rôle respectif des facteurs génétiques, environnementaux et culturaux au cours de leur croissance et de leur ontogénie. A cette fin, l'équipe s'attache à :
- définir et mettre en oeuvre, à partir de descripteurs essentiellement morphologiques et anatomiques, les concepts et les méthodes nécessaires à la description, à la mesure, à l'analyse et à la compréhension de l'architecture des plantes ;
- évaluer les composantes de l'expression phénotypique et génétique de l'architecture des plantes en analysant et en caractérisant leur diversité structurale et leur plasticité phénotypique ;
- analyser l'édification de l'architecture des plantes en fonction de processus physiologiques pour comprendre les mécanismes d'élaboration de leur production ;
- développer des outils de modélisation et de simulation intégrant des processus physiques, physiologiques et morphogénétiques pour prévoir le développement architectural des plantes dans des conditions agronomiques, écologiques et climatiques variées.
L'originalité de ces recherches résulte d'une approche spatio-temporelle (i.e. globale et dynamique), multi-échelles et multi-disciplinaires de la structure végétale. Les méthodes développées et les résultats obtenus fournissent, aux autres domaines de la biologie végétale, des connaissances sur la plante entière, des protocoles d'observation et d'échantillonnage de leur structure et des modèles d'analyse, de diagnostic et de représentation de l'édification de l'architecture et de production des plantes.
Réduire

- Champs de rattachement :
 

En naviguant sur notre site vous acceptez l'installation et l'utilisation des cookies sur votre ordinateur. En savoir +