Une Contribution Logicielle dédiée la simulation de l'architecture et de la croissance des plantes

Modeling and simulation of plant growth may be assessed in different ways concerning both knowledge and technical means. This research field remains at the intersection of many specialties such as botany, agronomy, physiology, mathematics or computer science. Many works where already leaded in this area which mainly focused on a single one among these specialties. We propose a generalist approach that relies on knowledges coming both from plant biology, mathematics and computer engineering. This study consists in three steps : - Definition of a pure structural model aimed at plant architecture description (AmapSim). This model uses stochastic processes to mimic distributions of branches, shoots and internodes measured on real plants. These processes are ruled through a finite state automaton whose state variable is the physiological age that represents the vigorousness of the buds of the plants during their life. - Definition of a set of software tools ready to host plant simulators (Vitis). This library mainly provides tools to manage a memory plant representation, to manage model parameters and to schedule or connect software parts that may be gathered to build simulators. - Case study of the implementation of AmapSim into Vitis and example of some applications. This step should show how accurate the choice proposed during the previous steps may be. Some results of pure AmapSim simulations will be shown and then some applications where AmapSim is dynamically connected to additional knowledges thanks to Vitis functionalities will be shown. A particular focus will be put on how to add knowledge coming from physiology thus creating functionalstructural applications while connecting structural and physiological software plugins together. This study shows perspectives on how to use AmapSim and how to develop new plugins; on development of new models into Vitis; on the formal study of plant simulators dedicated to the needs of modelers.La modélisation et la simulation de la croissance des plantes peut être abordée selon plusieurs aspects tant pour ce qui concerne la connaissance que les moyens mis en œuvre. Ce champ d'étude se trouve à la croisée de diverses expertises telles que botanique, agronomie, physiologie, mathématique ou informatique. Beaucoup de travaux ont été proposés dans ce domaine dont la plupart sont fortement colorés par une seule de ces spécialités. Nous proposons une approche qui nous semble généraliste et qui s'appuie sur des connaissances provenant conjointement des champs de l'agronomie, des mathématiques et du génie logiciel. Cette étude se décompose en trois étapes : - Proposition d'un modèle purement structural de description de l'architecture des plantes (AmapSim). Ce modèle utilise des processus stochastique pour représenter les distributions de branches, de pousses et d'entre-nœuds observées sur des plantes réelles . Ces processus sont organisés autour d'un automate à états finis dont la variable d'état est l'âge physiologique et qui simule l'évolution de la vigueur des bourgeons de la plante au cours de leur vie. - Définition d'un ensemble d'outils logiciels propres à accueillir des simulateurs de croissance de plante (Vitis). Cette librairie offre des services pour la gestion de la description de plante en cours de simulation, pour la gestion des paramètres des modèles qui édifient la plante et pour la synchronisation et l'échange d'information entre les blocs fonctionnels qui constituent le simulateur. - Développement d'un simulateur d'AmapSim dans Vitis puis de quelques exemples d'applications. Cette étape a pour but de démontrer le bien fondé des choix effectués lors des étapes précedentes. On y montre des résultats de simulation d'AmapSim puis d'applications basées sur AmapSim et agrémentées dynamiquement de connaissances additionnelle grâce aux fonctionnalités de Vitis. On y montre notamment comment ajouter de la connaissance issue du domaine de la physiologie pour créer de applications de type structure-fonction. Ce travail ouvre des perspectives concernant l'utilisation d'AmapSim et le développement de nouveaux plugins ; l'introduction de nouveaux modeles dans Vitis ; la formalisation de la notion de simulateur de plante à l'usage des futurs modélisateur