Modélisation informatique des plantes et structures multi-échelles (Computational modeling of plants)

Module de Master Recherche, FMIN342, Parcours CASAR

Responsable : Christophe Godin, INRIA, contacter
Autres intervenants: Frédéric Boudon, CIRAD, Etienne Farcot, INRIA

A travers l'exemple de la modélisation informatique des plantes, ce cours a pour objectif de donner aux étudiants une idée assez précise des nouvelles questions de recherche posées par la biologie à l'informatique et aux mathématiques appliquées. Un spectre assez large d'outils mathématiques et algorithmiques est utilisé allant de la théorie des graphes aux équations différentielles en passant par les processus stochastiques, la théorie des langages et l'infographie.

Le cours complet est composé de 7 chapitres détaillés ci-après. La plupart de ces chapitres abordent un aspect spécifique du problème de la modélisation des plantes allant des problèmes de numérisation des observation jusqu'aux problèmes de simulation et de rendus graphique des résultats. Le chapitre 2 introduits des notions et des outils transversaux qui sont utilisées dans les autres chapitres.

En 15h, nous n'aborderons qu'une partie de l'ensemble du cours à savoir les chapitres 1, 2, 3, 4 et 5. Dans chaque chapitre, nous introduirons en cours les notions fondamentales qui permettront aux étudiants de lire efficacement la littérature. Un ensemble de références bibliographiques sera donné en cours de manière à approfondir les notions étudiées.

Dates, heures et lieu des cours:

• Dates: les cours auront lieu les 12-11 (14h), 27-11 (9h), 5-12 (14h), 11-12 (9h) et 18-12 (9h)
• Heures: 9h-12h (en general sauf indication contraire)
• Lieu: salle habituelle du Master Informatique (Campus St Priest)

PDF des cours:

• cours1-rep-multiechelles-plantes.pdf (13.8Mb) .
• cours2-analyse-struct-vegetales.pdf (14.4 Mb) .
• cours3-generation-plantes.pdf (13.5 Mb) .

Examen 2008-2009: L'examen aura lieu le à l'heure habituelle du cours (9h) le Jeudi 8 Janvier 2008. Il sera effectué sur la base de la préparation d'un “thème” à analyser. Un ou deux articles seront donnés comme point de départ de l'étude. Ce travail donnera lieu à une présentation orale. Tous les étudiants assistent aux présentations des autres étudiants.

• Voir les sujets.

• Comment pousse une plante ?
• Les niveaux d'organisation d'une plante
• Graphes multi-échelles (aspects topologiques et géométriques)
• Méthodes de numérisation des plantes (du dessin au scaner laser 3D)

• Notion d'échelle et géométrie fractale
• Systèmes dynamiques à structure dynamique (DS)²
• Un cas particulier de (DS)² : les L-systèmes

• Analyse de séquences d'événements (Processus Markoviens)
• Analyse d'arborescences (Notion de structures auto-emboîtées, autosimilarité structurelle)
• Analyse de la géométrie (Dimensions fractales, lacunarité)

• Méthodes de comparaison de structures biologiques (Sequences, arborescences, tissus)

• Simulation de la croissance d'une plante
• Simulation de l'architecture d'une plante
• Simulation des plantes avec des L-systèmes

• Méthodes globales (imposteurs, enveloppes 3D texturées, …)
• Méthodes détaillées (cylindres généralisés, surfaces implicites, blending, …)
• Méthodes multi-échelles (dependance du point de vue de l'utilisateur, surfels, procedural, rendu de grandes scènes…)

• Interception de la lumière (turbid medium multi-échelles, radiosité, lancé de rayon)
• Processus de transport (analogie électrique)
• Effet mécanique de la gravité (et interaction avec la croissance)

• Observation et représentation des tissus végétaux (microscopie confocale, complexes simpliciaux)
• Modèles de la morphogenèse
• Processus de transport dans les tissus (processus de réaction-diffusion, diffusion-subtrat, diffusion-transport actif, canalisation)
• Modélisation de l'interaction mécanique entre cellules (systèmes masses-ressorts, approche tensorielle, méthode des éléments finis.
• Croissance et division cellulaire
• Intégration à l'échelle de l'organe (méristème, racine, feuille) des différents processus. Emergence de la forme