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19 avril 2020

Thèse : Modélisation spatio-temporelle par plantes virtuelles de la croissance du développement et de l’architecture 3D de plantes cultivées en milieu contrôlé (LARIS, Univ. Angers)


Catégorie : Doctorant


Mots-clés : computer vision, modélisation, plantes virtuelles, architecture 3D

Laboratoire LARIS, Université d'Angers.

Contacts : etienne.belin@univ-angers.fr, david.rousseau@univ-angers.fr

Dépôt de candidature : https://theses.doctorat-bretagneloire.fr/mathstic/theses2020/modelisation-spatio-temporelle-par-plant/++add++Candidate#autotoc-item-autotoc-0

 

Titre :

Modélisation spatio-temporelle par plantes virtuelles de la croissance du développement et de l’architecture 3D de plantes cultivées en milieu contrôlé.

Title :

Using virtual plants for a spatio-temporal modelling of development growth and 3D architecture of plants in a controlled conditions.

 

Contexte collaboratif et institutionnel :

Initiée au milieu des années 2000, l’interface STIC et sciences du végétal au LARIS prend actuellement la forme :

*d’une équipe projet d’imagerie pour le phénotypage des plantes IMHORPHEN, composée de 15 personnes, reconnue au sein de l’URM IRHS INRAE et dirigée par David Rousseau (Pr. LARIS)

*d’une plateforme d’imagerie pour le phénotypage des plantes PHENOTIC (labellisée au niveau international -EPPN2020-, au niveau national -IBISA- et régional -Biogenouest-), codirigée par Etienne Belin (MCF LARIS).

*L’équipe a publié environ 30 articles en 3 ans, et contribue au rayonnement du laboratoire LARIS dans son environnement national (ANR PIA AKER, FUI PUMAgri) et international (H2020 INVITE) dans lesquels les acteurs du LARIS tiennent des rôles clés.

 

Contexte scientifique et objectif:

En mars 2020, la plateforme PHENOTIC s’équipe d’un système robotisé (baptisé PHENOBEAN) pour le suivi de la croissance des plantes par imagerie convoyée par un bras robotisé en milieu contrôlé. Ce système est implanté dans un module climatique permettant des réglages à optimiser en termes d'arrosage, d'hygrométrie, de température et d'éclairage et tout particulièrement la directivité, le spectre et l'intensité de l'éclairage. Situé dans une serre de confinement, l'ensemble du dispositif permettra ainsi d’envisager de nombreuses expérimentations de suivi de la croissance, en réponse à des stress biotiques ou abiotiques, de centaines de plantes simultanément, d'architecture simple (type arabette de Thalius) ou plus complexe (type haricot). Ce projet de thèse propose de construire un simulateur du robot PHENOBEAN afin de pouvoir évaluer et optimiser en simulation, avant de passer en expérimentation, les paramètres ayants un impact sur la croissance. Cette simulation se fera au moyen de modèles écophysiologiques de plantes virtuelles placés dans un simulateur d’éclairage (la plateforme interactive de modélisation 3D, GroIMP, Hemmerling et al., 2008) reproduisant l’environnement lumineux du robot PHENOBEAN.

 

Programme:

Le travail de thèse s’organisera selon 3 axes interconnectés

 

1) Optimisation de la croissance par simulation écophysiologique.

Dans cet axe, Il s’agira de mettre en place différents modèles de plantes et exécuter des simulations dans l’environnement lumineux du robot afin d’analyser la variabilité de l’éclairage en fonction de l’architecture 3D des plantes. Ceci permettra d’optimiser la densité des plantes en fonction de leurs architectures, de l'éclairage ou des stress étudiés, dans une perspective d’homogénéisation des expérimentations.

 

2) Entraînement en environnement virtuel d’algorithmes de computer vision pour le suivi de la croissance

Dans cet axe, GroIMP sera exploité pour produire des images de synthèse permettant d'optimiser le positionnement des imageurs pour les prises de vue et d’entraîner des systèmes d’apprentissage machine permettant de :

*reconstruire des modèles 3D de plantes réelles,

*ou encore de mesurer la croissance de plantes par caractérisations morphométriques des feuilles, des branches ou du couvert foliaire.

Ces entraînements sur plantes virtuelles sont d’autant plus précieux qu’ils ne nécessitent pas d’annotation dans la mesure où la vérité terrain est parfaitement connue.

 

3) Contrôle dynamique de la croissance par couplage vision et simulation écophysiologique.

Dans cet axe, il s’agira de coupler en temps réel les informations obtenues dans l’axe 2 pour modifier les paramètres environnementaux selon les modèles développés dans l’axe 1. GroIMP sera utilisé à nouveau pour investiguer des approches d’automatique pour le contrôle de la croissance de plantes.

 

=> Un article de revue au moins sera visé pour chacun des axes de travail.

 

Encadrement et réseau de collaboration :

Au LARIS la thèse est proposée par Etienne Belin MCF en phase de préparation d’HDR expert en vision par ordinateur et responsable du robot PHENOBEAN de la plateforme PHENOTIC. L’encadrement se fera en trinôme avec David Rousseau (Prof) au LARIS, expert en computer vision et Gerhard Buck-Sorlin (Prof) à l’UMR IRHS AGROCAMPUS OUEST et expert en modélisation numérique de la croissance par plantes virtuelles via le développement de la plateforme de modélisation interactive GROIMP.

Références - Articles des encadrants :

 

 

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