Mots-Clés

modélisation jumeau numérique agronomie

Description

Contexte

L’Institut de recherche en horticulture et semences (IRHS) est une unité de recherche commune placée sous la tutelle de l’INRAe, de l’Institut agro et de l’Université d’Angers, qui mène des travaux sur la biologie des cultures horticoles (pomme, poire, rose, carotte, etc.) et la production de semences. Elle compte environ 230 collaborateurs aux profils variés : généticiens, sélectionneurs, phytopathologistes, physiologistes, biochimistes, modélisateurs, physiciens, statisticiens et bioinformaticiens. Au sein de l’unité, l’équipe de recherche ImHorPhen développe des outils d’imagerie innovants pour le phénotypage des plantes, met en œuvre des approches de modélisation en vue de construire des jumeaux numériques et mène des recherches en statistiques et en analyse de données. Elle s’appuie sur l’infrastructure et l’expertise de la plateforme d’imagerie de phénotypage végétal PHENOTIC (certifiée au niveau international EPPN2020, au niveau national IBISA et régional Biogenouest).
L’un des axes de travail de l’équipe porte sur les jumeaux numériques. Le paradigme du jumeau numérique est souvent présenté comme une méthode permettant de développer des systèmes agronomiques plus résilients dans un contexte de réduction des intrants, de changement climatique, etc. L’imaginaire collectif associe les jumeaux numériques à une transposition parfaite de la réalité vers le numérique, en tenant compte de tous les paramètres, à toutes les échelles. Cependant, l’évolution vers un véritable clone in silico d’un système de culture implique une explosion du nombre de variables, de la complexité des algorithmes, des coûts et du temps de calcul.
La feuille du plant de tomate représente l’organe le plus important (hormis le fruit) car elle constitue l’interface pour l’interception de la lumière et la photosynthèse, c’est-à-dire la production de sucres qui alimentent tous les autres processus physiologiques. Sa géométrie est cependant très irrégulière et complexe. Bien que les modèles de feuilles de tomate soient nombreux, ils négligent le plus souvent son irrégularité.

Objectifs

Dans ce contexte, les objectifs du stage consistent à :

1. développer un module géométrique et fonctionnel pour la feuille de tomate, en tenant compte de la variabilité morphologique et développementale
2. le couplage du module nouvellement créé avec un modèle de photosynthèse existant (mettant en œuvre le taux de photosynthèse net, la transpiration et la température foliaire) ;
3. la validation du modèle par comparaison avec des données expérimentales sur la croissance foliaire ;
4. l’intégration du nouveau module dans la plateforme de modélisation GroIMP (http://www.grogra.de/software/groimp).

Tâches du stage

1. Analyse bibliographique des modèles existants de feuilles de tomate et caractérisation de la variabilité morphologique et développementale ;
2. Développement du modèle géométrique 3D (forme, variabilité, surface foliaire) dans le langage XL ;
3. Couplage du module avec des modèles de processus écophysiologiques (photosynthèse, conductance stomatique) ;
4. Validation et calibrage à l’aide de données expérimentales ;
5. Création d’une interface avec le modèle de plante entière et tests d’intégration dans GroIMP.
6. Ce stage contribuera à un projet de thèse de doctorat en cours.

Compétences recherchées

Étudiant en master en (bio)informatique, de préférence intéressé par les applications biologiques. Expérience en programmation, de préférence dans les langages orientés objet (Java) et éventuellement XL avec la plateforme GroIMP (ou volonté de suivre une formation initiale d’adaptation des compétences). Des connaissances de base en modélisation 3D et en méthodes numériques seraient un avantage, une bonne maîtrise pratique de l’anglais est indispensable.