L’objectif du stage est de concevoir et d’évaluer un modèle de croissance et de biomécanique pour le palmier à huile (Elaeis guineensis) dans le contexte du projet de recherche PalmStudio. Ce projet ambitionne de créer un modèle FSPM (Functional-structural plant model) pour le palmier à huile afin de prédire son développement en fonction des conditions climatiques, du sol et du matériel génétique, et ainsi proposer et tester des itinéraires techniques innovants et durables par simulation.
Actuellement, l’équipe du projet travaille sur deux modèles distincts. Le premier, XPalm, est un modèle de fonctionnement de la plante, codé en Julia, qui simule la croissance et le développement de chaque organe de la plante, y compris les feuilles, les inflorescences et les fruits. Le second modèle, VPalm, codé en Java, permet de construire des maquettes 3D de palmiers à partir d’un ensemble de paramètres, d’un modèle biomécanique, et d’équations allométriques qui décrivent la morphologie du palmier, c’est-à-dire la géométrie et les transformations du maillage utilisé pour décrire ses organes.
Le stage consistera d’abord à intégrer les équations allométriques et le modèle biomécanique de VPalm dans XPalm, puis à calibrer le modèle sur la base de données observées sur le terrain.
Le stagiaire aura pour mission de réaliser les tâches suivantes :
- Comprendre le fonctionnement de VPalm
- Convertir les équations allométriques et le modèle biomécanique de VPalm en Julia, et les intégrer au modèle XPalm.
- Générer des maillages (mesh) de référence pour représenter la géométrie du palmier (probablement via Meshes.jl). Ces meshs de référence permettent de décrire efficacement la géométrie des organes d’une plante, réduisant ainsi la taille des fichiers nécessaires pour stocker les informations géométriques du palmier, et facilitant les calculs ultérieurs.
- Valider le modèle biomécanique avec les données expérimentales disponibles, provenant d'une étude précédente.
- Ajouter la possibilité de simuler la rupture des feuilles du palmier sous l'effet du vent et du contenu en eau des feuilles, en utilisant des critères de rupture basés sur la contrainte ou la déformation.
- Définir comment simuler l’émergence d'une nouvelle feuille lors de la croissance du palmier, en tenant compte des aspects suivants : ajouter une feuille au sommet du stipe, faire grandir les feuilles des rangs inférieurs qui continuent à se déployer, et faire évoluer l'angle d'insertion des feuilles sur le stipe tout en conservant leur azimuth.
- Effectuer des contrôles de qualité des simulations en produisant des représentations 3D du palmier.
- Utiliser ces maquettes pour simuler la lumière interceptée à partir du modèle de lumière existant (Archimed), et réaliser une interface graphique en Julia pour visualiser les maquettes avec leur attributs morphologiques et physiologiques.
- Ajouter un ordonnanceur dans PlantSimEngine, le moteur de simulation générique pour les modèles de plantes, qu’utilise XPalm pour implémenter les modèles et les coupler. Cet ordonnanceur permettra de lancer des simulations avec des modèles qui s’exécutent à des pas de temps différents. Ceci permettra de préparer le couplage entre XPalm et PlantBiophysics, un modèle qui simule les processus biophysiques du palmier comme la photosynthèse ou le bilan d'énergie.
- Calibrer XPalm sur les données du projet CIGE, ou au moins sur quelques situations représentatives. Pour cela, il faudra définir un protocole de calibration et de validation, en utilisant des méthodes statistiques appropriées.
- Comparer les simulations d'XPalm avec ou sans PlantBiophysics, c'est-à-dire avec un modèle de photosynthèse basé sur le modèle de Farquhar et un bilan d'énergie, ou avec une simple efficience d'utilisation de la radiation (RUE) comme actuellement. Ceci permettra d'évaluer l'impact des processus biophysiques sur la croissance et la mécanique du palmier.
- Réaliser une étude in silico pour estimer les variations de croissance et de production du palmier dans des environnements contrastés.
Le stage requiert des compétences en modélisation mathématique, en programmation informatique et des connaissances de base en analyse statistique. Une familiarité avec le langage de programmation Julia est un atout, bien que non essentiel.
Le stage se déroulera au sein du thème FSPM à l’UMR AMAP (botAnique et Modélisation de l'Architecture des Plantes et des végétations) du Cirad (Centre de coopération internationale en recherche agronomique pour le développement), situé à Montpellier. Le stagiaire aura l’opportunité de travailler dans un environnement scientifique dynamique et multidisciplinaire.
