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Organisation et dynamique des peuplements et des paysages
(ACR)
- Mot(s) clé(s) :
Objet d'étude : image
Question sociétale et finalité, contexte : développement durable
Démarche, discipline : Botanique, Génie logiciel
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Objet d'étude : image
Question sociétale et finalité, contexte : développement durable
Démarche, discipline : Botanique, Génie logiciel
Dispositif technique et méthode d'étude : analyse statistique, bioinformatique, modélisation des systèmes complexes, realite virtuelle, statistique, systématique
Phénomène, processus et fonction : dynamique des populations
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- Description détaillée :
- Agronomie ; Sylviculture ; Agroforesterie ; Dendrométrie.
- Botanique ; Systématique ; Afficher la suite
- Agronomie ; Sylviculture ; Agroforesterie ; Dendrométrie.
- Botanique ; Systématique ; Écologie des communautés ; Écophysiologie ; Pédologie.
- Analyses statistiques paramétriques ou non-paramétriques ; statistiques multivariées (multispécifiques, multimétriques et multiéchelles) ; statistiques spatiales (processus ponctuels) ; Utilisation de logiciels d'analyse (SAS, S+, R) et de modélisation (Model Maker).
- Modélisation ; Dendrométrie ; Modèles Géotechniques.
- Métrologie (télémètres lasers) ; Traitement d'image (analyse spectrale, analyse de texture, morphométrie) ; Télédétection ; Modèles électromagnétiques radar ; Physique du radar.
- Architecture et développement logiciel.
o Diversité spécifique des peuplements forestiers hétérogènes
L'objectif fondamental de ce thème est d'analyser les variations spatiales de la composition spécifique des couverts forestiers hétérogènes, dont les forêts denses humides tropicales sont emblématiques, afin de comprendre les processus biologiques qui les sous-tendent. Il a également pour but de modéliser, puis prédire ces variations à différentes échelles spatiales, du peuplement à la région, de manière à fournir aux gestionnaires des concepts, méthodes et outils leur permettant de raisonner leur action en matière de gestion et/ou de conservation des ressources naturelles. En liaison étroite avec l'équipe "Évolution des formes végétales et de leurs fonctions, systématique, floristique", l'analyse de ces peuplements nécessite :
- de constituer, dans des contextes floristiques parfois mal connus, des bases de données d'inventaires botaniques importantes et de grande qualité, si possible géoréférencées ;
- de concevoir et mettre en oeuvre des méthodes et outils statistiques innovants pour détecter puis modéliser les variations spatiales de la diversité aux échelles considérées.
o Structure et dynamique des peuplements
L'objectif de ce thème est de comprendre, puis de prédire la dynamique des peuplements, plus particulièrement forestiers et agroforestiers. Dès lors que l'on veut étudier la structure et la dynamique de peuplements hétérogènes ou de systèmes agroforestiers, on est amené à s'intéresser à l'occupation de l'espace par les plantes, et donc à leur structure tridimensionnelle. Pour ce faire, l'équipe se base principalement sur les connaissances acquises au sein de l'équipe "Architecture et développement des plantes" sur la structure, le développement architectural et la plasticité phénotypique des plantes individuelles. Cette démarche implique :
- d'analyser les trajectoires de développement architectural d'individus croissant en peuplement dans diverses situations de milieu et/ou de gestion sylvicole ;
- de modéliser et de représenter de manière réaliste et/ou simplifiée la plasticité de la structure tridimensionnelle des individus en peuplement ;
- d'acquérir et analyser les données concernant la structure des peuplements, à l'aide notamment d'outils statistiques et/ou de télédétection (optique, laser, radar) ;
- d'intégrer ces connaissances dans des outils de modélisation et de simulation de la dynamique forestière ou agroforestière : par exemple la plate-forme logicielle CAPSIS (Croissance des Arbres en Peuplement et Simulation d'Interventions Sylvicoles), a été développée dans l'UMR pour accueillir des simulateurs de dynamique forestière, produits soit par l'équipe soit par d'autres partenaires.
o Dynamique spatiale des paysages et ingénierie écologique
Les enjeux liés à la gestion durable des ressources et des milieux naturels nécessitent la prise en compte de leur dimension spatiale, ainsi qu'un élargissement des échelles d'étude depuis la plante et la parcelle jusqu'aux paysages.
- Le développement des outils de simulation 3-D des plantes développés depuis les années 80 a permis à l'équipe de développer des logiciels de visualisation 3-D des paysages, dont une partie a été transférée vers un partenaire industriel. Les recherches actuelles sur ces aspects concernent (i) l'augmentation de la pépinière de plantes virtuelles basées sur des paramètres botaniques et son extension vers la constitution d'une base de données sur les écosystèmes, et (ii) l'amélioration des concepts et méthodes informatiques pour développer une nouvelle génération de visualisateurs en "temps réel" de paysages en interaction avec l'environnement.
- La représentation, la simulation et la modélisation 3-D de peuplements et de paysages sont mis en oeuvre dans un objectif de gestion des écosystèmes naturels, et plus particulièrement de conception d'outils d'aide à la décision. On vise ainsi la réalisation d'une plate-forme logicielle intégrée permettant (à partir des données issues d'informations géographiques) de représenter, de simuler et de modéliser en 3-D un paysage, pouvant servir d'interface avec des modèles de fonctionnement, physiques, biophysiques, écologiques ou socio-économiques.
- Le couplage de modèles biomécaniques de plantes individuelles, et plus particulièrement des racines, avec des modèles de mécanique des sols, est mis en oeuvre afin de permettre l'étude du renforcement des sols en pente par la végétation. Il s'agit principalement de décrire les rétroactions entre croissance de la végétation, distribution spatiale et caractéristiques morphologiques des racines, équilibre hydrique du sol et renforcement mécanique du sol. L'accent est mis sur le développement d'outils de simulation, afin d'une part d'étudier les mécanismes de renforcement des pentes par les racines, et d'autre part d'enrichir un système d'aide à la décision (SDSS) via des scénarios sylvicoles.
Résultats publiés
- Organisation spatiale de la diversité spécifique des forêts hétérogènes tropicales : rejet de l'hypothèse neutraliste et validation de l'hypothèse de perturbation intermédiaire dans les forêts hétérogènes tropicales (Arim et al., 2002).
- Développement d'une stratégie de traitement statistique (Analyse Non-Symétrique des Correspondances) pour restituer les variations d'abondance des espèces le long des gradients écologiques en forêt tropicale (Pélissier et al., 2003; Couteron et Ollier, 2005).
- Prédiction de la structure du peuplement par analyse par transformée de Fourier de photos aériennes digitalisées, fournissant un indice de texture de la canopée très fortement corrélé à un ensemble de paramètres dendrométriques classiques (Couteron et al., 2005).
- Diffusion d'une version stabilisée de la plate-forme logicielle CAPSIS (Croissance des Arbres en Peuplement et Simulation d'Interventions Sylvicoles), comportant 29 modules et 5 bibliothèques, transferts vers la profession (ONF) et extension à d'autres objets que les arbres (de Coligny et al., 2004).
- Amélioration des modèles agroforestiers (modules de branchaison et de bilan radiatif) et applications dans l'évaluation des modifications de la distribution de lumière au sol selon l'orientation des lignes d'arbres (Leroy et al., 2005).
- Applications des logiciels de modélisation, simulation et visualisation de l'évolution des paysages à l'aménagement de paysages périurbains (Alinat et al., 2003) et à la réhabilitation écologique (Lecoustre et al., 2003).
- Développement d'un prototype de plate-forme de modélisation du paysage intégrant les dynamiques anthropiques et écologiques, avec application aux modèles à processus explicites et aux modèles neutres (Gaucherel et al., 2004).
Organisation de colloques & symposia
- Co-organisation de la réunion de la division 1 de l'IUFRO (Union Internationale des Instituts de Recherche Forestière) : Meeting the challenge - silvicultural research in a changing world (Montpellier, juin 2004) (Parrotta et al., 2005).
Autres
- Coopération avec la société Greenwall SAS pour le développement du "mur Vegetalis" (http://www.greenwall.fr).
- Renégociation du contrat de transfert de technologie avec la start-up Bionatics (depuis 2001), et poursuite de la collaboration à travers des projets communs, français (SPRINTT : simulation de la croissance de plantes sur la base des calculs de transfert de biomasse) ou internationaux (projet Européen Eureka LANDSIM : transfert et adaptation des logiciels issus de Digiplante). Régional Innovation Recherches Entreprises de l'ADER Languedoc-Roussillon pour le projet "VITIS, un simulateur de croissance fonctionnelle des plantes pour la gestion durable des écosystèmes" (J.F. Barczi).
Les recherches sur la phylogénie, la floristique et la systématique, et sur les formes et structures des végétaux, sur leur croissance et leur développement, fournissent des méthodes et des connaissances qu'il est ensuite possible d'assembler dans des outils quantitatifs d'analyse, de modélisation et de simulation des peuplements et des paysages. L'objectif de l'équipe est de comprendre, puis prédire, à différentes échelles spatio-temporelles, l'organisation et la dynamique des couverts végétaux, essentiellement forestiers et agroforestiers, et des paysages, en s'attachant particulièrement :
- à l'analyse de l'organisation spatiale de la diversité des peuplements forestiers hétérogènes à des échelles (paysage, région) compatibles avec des objectifs de gestion et/ou de conservation ;
- à la description et la simulation de la structure et la dynamique des peuplements végétaux en liaison avec la variabilité et la plasticité architecturale des individus ;
- à la compréhension, la modélisation et la représentation de la dynamique spatiale des paysages.
Ces connaissances sont intégrées dans des outils de modélisation et de simulation, dans une optique d'ingénierie écologique et d'aide à la gestion et à la conservation des ressources et milieux naturels. Des maquettes tridimensionnelles dynamiques sont développées en vue de reconstituer et visualiser l'évolution de l'environnement et les conséquences de stratégies de gestion des territoires.
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- Champs de rattachement :
 

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