6 novembre 2003
La modélisation de l’architecture des plantes est une discipline relativement récente. Jusqu’ici, la Botanique ne s’est intéressée qu’aux détails des organes produits (fleurs, feuilles) pour établir les règles de la classification solidement ébauchée par Linné (XVIIIème siècle). Seule la notion de port (dressé, pleureur, fastigié, en boule) approchait la forme végétale. Les Botanistes Hallé et Oldeman (1978) ont fondé les principes de l’organisation des architectures comme résultant du processus de croissance des bourgeons (Organogenèse) : Croissance rythmique ou continue, floraison apicale ou latérale, tropisme des branches.
Avec l’arrivée des ordinateurs et de leur puissance graphique, les informaticiens se sont intéressés ensuite à la genèse tridimensionnelles des végétaux en couplant des règles géométriques à divers algorithmes simulant l’Organogenèse avec plus ou moins de connaissances botaniques intégrées (Fractals, Grammaires, Automates). Les premières réalisations significatives datant de 1988. Dans ce type de simulation, les organes ne fonctionnent pas et ont un rôle purement décoratif.
Parallèlement, les Agronomes ont recherché des modèles simulant la photosynthèse à partir des paramètres de l’environnement (Lumière, Température, eau…) afin de prédire la production végétale. L’architecture végétale n’est pas prise en compte dans ces modèles et seuls des paramètres synthétiques comme la surface foliaire, la hauteur de la plante, le poids des fruits, regroupés en compartiments sont pris en compte. Ces modèles sont forcés et il n’y a pas d’interaction entre la croissance et l’architecture. La qualité de la récolte (nombre et volume des organes) ainsi que la phénologie (métamorphose des bourgeons) est ignorée et seule la quantité de biomasse produite est prise en compte.
Les nouveaux modèles naissant ont pour but de coupler l’organogenèse et la photosynthèse afin de simuler correctement la morphogenèse végétale en faisant jouer aux organes leurs véritables rôles.
Les premiers essais ne sont qu’un couplage des méthodes des informaticiens et des agronomes et ces modèles trop orientés simulation restent forcés.
Le modèle GreenLab qui est présenté ici possède pour la première fois un formalisme dynamique : Organogenèse et Photosynthèse interagissent en boucle pendant la croissance et le stochastique est pris en compte. L’architecture possède la mémoire de l’environnement. L’instanciation des sous-structures végétales rend GreenLab particulièrement performant pour les arbres. Le passage du fonctionnement de la plante au peuplement est possible avec ce modèle. Sa calibration a été déjà réalisée sur des plantes cultivées (maïs, tournesol, blé). Enfin GreenLab est ouvert aux méthodes d’optimisation et de contrôle, ce qui permettra peut être à terme d’optimiser les itinéraires culturaux (taille, irrigation, traitement) en augmentant les niveaux de récolte tout en préservant les ressources et limitant la pollution de l’environnement.
Philippe de Reffye (CIRAD)
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