Architecture et croissance des plantes

Modélisation et applications

de Philippe De Reffye (coordination éditoriale), Marc Jaeger (coordination éditoriale), Daniel Barthélémy (coordination éditoriale), François Houllier (coordination éditoriale)

Collection : Synthèses

décembre 2016

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Comment les plantes poussent-elles ? Le nombre d’or est-il omniprésent dans leur architecture ? Leurs structures sont-elles fractales ? Ont-elles un langage ? Une grammaire ? Il y a du vrai dans ces questions, mais il faut aller plus loin. Il faut identifier, modéliser et simuler le rôle des organes d’une plante dans sa croissance et leur fonctionnement.

La modélisation des plantes fait l’objet de recherches à l’interface de disciplines biologiques (botanique, agronomie, génétique, écophysiologie) des mathématiques appliquées et de l’informatique. Elle permet de créer les modèles de développement de l’architecture des plantes, mais aussi les modèles de production végétale, expression de la croissance des organes.

Les auteurs de cet ouvrage nous exposent les fondements biologiques, mathématiques et informatiques qui permettent d’exprimer le fonctionnement des bourgeons, la production photosynthétique de la biomasse et sa répartition dans les organes d’une plante. La simulation de la croissance des plantes devient alors possible sous la forme de modèles dynamiques et sa représentation, sous la forme d’images de synthèse. Ces modèles autorisent de multiples applications. De nombreuses plantes sont présentées (herbacées, arbustes et arbres) ; leur modélisation a une visée pratique en agriculture, en gestion des ressources naturelles et de l’environnement et en représentation des paysages.

Rédigé par des botanistes, des agronomes, des mathématiciens et des informaticiens, cet ouvrage collectif est le fruit de quarante années de recherches conduites par Philippe de Reffye et ses collègues, avec des collaborations scientifiques en France, en Hollande, en Chine et en Afrique. Il s’adresse aux chercheurs, enseignants et étudiants en biologie, en agronomie et en sciences de la vie, aux architectes paysagistes, écologues, qui s’intéressent à la croissance des plantes, à leur modélisation et à leur représentation. Il s’adresse aussi à toutes les communautés des sciences exactes (mathématiciens, informaticiens, physiciens) intéressées par la simulation du vivant.

Une version plus synthétique de ce livre est disponible sous le titre « Architecture des plantes et production végétale. Les apports de la modélisation mathématique » ; elle rendcompte des principaux fondements de la modélisation des plantes, pour mieux la connaître.

DOI : https://doi.org/10.19182/quae/00001

Préface de Franck Varenne

I - Modélisation du développement de l’architecture des plantes

1 - Notions botaniques sur l’organisation des structures végétales - Sylvie Sabatier, Daniel Barthélémy, Philippe de Reffye

2 - Les équations du fonctionnement et de la production des méristèmes - Philippe de Reffye

3 – Simulations des structures et des architectures végétales - BaoGang Hu, Daniel Barthélémy, Philippe de Reffye

4 - Dénombrement des phytomères produits par les structures végétales : les opérateurs du développement - Philippe de Reffye, MengZhen Kang

II - Modélisation de la croissance de l’architecture des plantes

5 - Modélisation de la croissance végétale, les opérateurs de croissance, cas déterministe - Philippe de Reffye, Ep Heuvelink, Véronique Letort, MengZhen Kang

6 - Modélisation de la croissance végétale, les opérateurs de croissance, cas stochastique - Philippe de Reffye, MengZhen Kang

7 - Modélisation de l’acropétalie et de la basipétalie chez les plantes herbacées - MengZhen Kang, Philippe de Reffye

8 - La croissance secondaire - Véronique Letort, Francois Houllier, Philippe de Reffye, Frédéric Blaise

9 - Interaction croissance développement - Amélie Mathieu, Philippe de Reffye

10 - Fertilité des fleurs et production de graines - Philippe de Reffye

III- Applications du modèle GreenLab ou comment mieux étudier les plantes

11 - Méthodes inverses et identification paramétrique de modèles d’architecture végétale - Philippe de Reffye, Francois Houllier, Paul-Henry Cournède

12 - Validation du modèle GreenLab sur les plantes cultivées - BaoGui Zhang, Guo Yan, Ep Heuvelink, Hervé Rey, Philippe de Reffye

13 – Le passage de la plante au peuplement - Paul-Henry Cournède, Philippe de Reffye

14 – Des variantes possibles sur la formulation des fonctions sources-puits - Philippe de Reffye, BaoGui Zhang, Véronique Letort, MengZhen Kang

15 – Calibration, implémentation et mise en œuvre de GreenLab - Marc Jaeger

IV - Applications agronomiques et perpectives dans les autres domaines

16 – Modèles pour la représentation et la visualisation des plantes et des paysages - Marc Jaeger, Gérard Subsol

17 – Applications diverses de l’architecture des plantes - Philippe de Reffye, Marc Jaeger