F. de Coligny - 24 juin 2002
AMAP : Philippe Ancelin, Daniel Auclair, Laurent Biget, Francois de Coligny, Francois Houllier, Christophe Proisy
Cirad : Guillaume Cornu, Sylvie Gourlet-Fleury, Hélène Joly, Laurent Saint-André
Cemagref : Benoît Courbaud, Christian Ginisty, Francois Goreaud
INRA : Alain Franc, André Gavaland, André Lacointe, Isabelle Lecomte, Céline Meredieu, Christian Pichot
Lerfob : Gilles Le Moguedec, Alexandre Piboule, Patrick Vallet
Ministère des Ressources Naturelles du Quebec : Daniel Mailly, Sylvain Turbis
Capsis : Avancement, perspectives - François de Coligny
Dynamique des pessières de montagne - Benoît Courbaud
Modélisation et simulation de la stabilité des peuplements face au vent - Philippe Ancelin
Structures spatiales et peuplements virtuels - François Goreaud
Eucalypt : simulation de la croissance des eucalyptus au Congo. Présentation du module et état d'avancement - Laurent Saint-André
Discussion : A propos des projets Européens - Alain Franc
Approches en simulation de la dynamique des pessières noires du Quebec - Daniel Mailly & Sylvain Turbis
Le projet Mangroves - Christophe Proisy
Modèles en temps continus & Scilab - Alain Franc
Le projet SAFE - Isabelle Lecomte
Couplage de modèles de flux de gènes et de modèles de dynamique forestière - Christian Pichot
Selva - Guillaume Cornu & Sylvie Gourlet-Fleury
La 4ème réunion du club des utilisateurs Capsis s'est tenue le 19 juin 2002 au Cirad à Montpellier. Cette réunion annuelle a pour objectifs d'évoquer ensemble les projets en cours ou prévus à court-terme avec les modélisateurs et utilisateurs de Capsis. C'est un lieu d'échanges et de discussions.
Cette réunion est organisée par l'UMR AMAP (botAnique et bioinforMatique de l'Architecture des Plantes - Cirad, INRA, CNRS, IRD, Université Montpellier 2). Elle est composée d'exposés et de discussions libres.
1 - L'avancement a été présenté par F. de Coligny comme chaque année. La présentation a évoqué les origines et objectifs du projet a l'intention des personnes qui ne connaissaient pas le projet. Les points principaux :
Création du pilote Script qui permet de construire des scripts pour lancer des simulations longues ou répétitives en différé. Les scripts sont en java, laissant toute liberté à l'utilisateur.
Mise en place de l'aide en ligne pour le pilote interactif. Des fichiers html documentent les boites de dialogue de l'application, les modules (fiche descriptive), les extensions. Les licences des divers composants sont consultables par le même moyen. L'aide est multilingue (francais/anglais nativement).
Mise en place d'un support pour gérer des cellules de terrain imbriquées en plusieurs niveaux, sur le modèle du module Ventoux. Il est possible d'utiliser des cellules polygonales et carrées en plusieurs niveaux d'imbrication pour modéliser certains traitements. Une cellule connait la liste des cellules qu'elle contient et les arbres (s'il y a lieu) sont enregistrés à un niveau donné.
Création au printemps dernier d'un pont vers le simulateur SEXI (G. Vincent, D. Harja) : modèle générique de dynamique de forêt tropicale avec calcul d'ensoleillement. Le simulateur est utilisable depuis l'environnement Capsis de manière transparente.
Projets en cours d'intégration pour les modèles Pin Laricio (S. Perret), Cèdre (F. Courbet), Hubbell (A. Franc), plusieurs modules couplant des modèles de dynamique forestière et de flux de gènes ainsi qu'une biliothèque contenant des outils pour la génétique (I. Seynave, Ch. Pichot, Ph. Dreyfus), Mangrove (Ch. Proisy) et SAFE (agroforesterie, I. Lecomte).
Nouvelles extensions ou améliorations pour certaines : sélecteur graphique d'arbres (souris), gestionnaire d'extension graphique, Viewer3D avec un module de chargement de scènes pour visualisation 3D seulement, visualisateur pour les modèles arbres indépendants des distances sur le modèle de celui de Capsis2, Tableau de production...
Bibliothèques : nouveaux outils dans Spatial (F. Goreaud) et développement de Biomechanics (Ph. Ancelin). Voir exposés ci dessous. Création de la nouvelle bibliothèque Genetics (I. Seynave, Ch. Pichot) avec description de génotype pour les arbres et codage des processus de méiose et fécondation.
Connexion avec SVS (Stand Vizualisation System, USDA) par Benoît Courbaud.
Diverses améliorations techniques concernant les visualisateurs cartographiques Capsis : accélération du dessin, sélection d'arbres avec dessin de profil, ajout de légendes simplifié.
Un article a été rédigé pour décrire la plate-forme et le projet Capsis. Il a été présenté au Workshop Reality, Models and Parameters Estimation (RMPE) à Sesimbra (Portugal) début juin 2002. Il sera édité prochainement par CAB International.
Deux sessions de formation pour les modélisateurs Capsis ont eu lieu depuis l'année dernière : Nancy en décembre 2001 et Montpellier en février 2002. Une vingtaine de personnes les ont suivies.
Projets en cours : appel à des fonctions Scilab (A. Franc et L. Biget), Capforêt : connexion avec ForestGales et AMAPsim (C. Meredieu), Venfor (Y. Brunet et Th. Fourcaud), Couplages de modèles de dynamique forestière et de flux de gènes (Ph. Dreyfus, Ch. Pichot, I. Seynave), SAFE (I. Lecomte)...
Diverses améliorations sont prévues dans Capsis concernant l'utilisation des groupes dans les extracteurs de données, passage en java 1.4, gestion des échanges de fichiers entre les modélisateurs centralisés sur le site Capsis, continuer la documentation en ligne de l'application et de ses modules / outils...
2 - Benoît Courbaud a présenté l'état de ses travaux concernant la dynamique des pessières de montagne et son module Mountain.
Validation de la méthode d'ensoleillement par comparaison avec des photos hémisphériques sur le terrain (article en préparation).
Prise en compte de l'énergie recue par l'arbre dans sa croissance.
Remontée de la base du houppier, régénération, mortalité.
Utilisation de Capsis pour des TP dans la Formation des Ingénieurs Forestiers de Nancy et sur le terrain, au cours de journées de martellage organisées par l'ONF. Intérêt de l'ONF pour utiliser Capsis-Mountain dans le cadre de la création de guides de sylviculture pour peuplements irréguliers de montagne.
Application : étude de la dynamique à long terme d'un peuplement spécifique (1500 ans).
3 - Philippe Ancelin : stabilité des peuplements face au vent. Proposition d'une bibliothèque d'outils « Biomechanics », application sur le module Mountain avec une extension « Windstorm ».
Recherche de valeurs critiques pour l 'élancement et le « crown ratio ».
Utilisation de deux profils de vent moyen : en lisière ou au delà de 15 fois la hauteur moyenne du peuplement de la lisière.
Travail statique, mais la casse des arbres est due à des facteurs dynamique : correctifs pour simuler les rafales (gust factor, edge factor).
Comparaisons par rapport à deux outils de référence : ForestGales et HWind.
4 - Francois Goreaud : structures spatiales et peuplements virtuels. Des outils pour comparer des scénarios, améliorer les modèles, examiner leur sensibilité, compléter des données manquantes, étudier le rôle de la structure dans la dynamique des peuplements.
La bibliothèque Spatial contient des extracteurs de données Capsis pour étudier la structure des peuplements : Courbe de Ripley, indice de Clark-Evans.
Elle contient également des méthodes pour créer des peuplements virtuels sur lesquels appuyer des simulations : Random, Gibbs, Neyman-Scott (aggrégation).
Cette bibliothèque propose des outils permettant de spatialiser des peuplements de modèles arbres indépendants des distances.
Perspectives : créer des peuplements en plusieurs strates de hauteur correspondant à plusieurs classes d'âges et pour des peuplements mélangés.
5 - Laurent Saint-André : Le module Eucalypt. Ce module contient un modèle de croissance pour une plantation d'Eucalyptus au Congo. L'équipe du Cirad forêt en charge de ces recherches s'intéresse à la modélisation sous trois angles : maquettes 3D AMAP, modèles à base de processus et modèle dendrométrique.
Plusieurs modèles : croissance en hauteur dominante, en surface terrière, mortalité, en diamètre, en hauteur, défilement, densité, biomasse et éléments minéraux.
Les évènements qu'il est prévu de coder comme des interventions Capsis : fertilisation, feux et attaques d'insectes.
Connexions prévues avec un Système d'Information Géographique (Arc Info) pour l'acquisition des données et avec WinEpifn, logiciel d'évaluation de la ressource sur pied.
Le modèle utilise des modèles pour plusieurs clones d'eucalyptus utilisés dans la plantation.
6 - Alain Franc a proposé une discussion libre au sujet de l'appel à idée lancée par l'Union Européenne concernant le 6ème PCRDT qui commence. Les propositions devaient concerner la création de Réseaux d'Excellence (REX) ou de Projets Intégrés (PI). L'idée semble être de promouvoir la restructuration de la recherche européenne en favorisant les échanges entre laboratoires européens pour passer le relais aux institutions en place dans 5 ans.
Deux propositions notamment ont été faites concernant la modélisation forestières : IMAFEM (F. Goreaud), qui a présenté rapidemment son idée, et MOFORM (P. Van Gardingen, Ecosse), plus axé sur l'offre logicielle et le terrain tropical.
Une discussion s'engage sur les outils nécessaires pour accompagner les coopération du type du projet Capsis. Le projet Capsis est-il une association de modélisateurs ou bien vise-t-il à construire une sorte de langage pour les modélisateurs ?
7 - Daniel Mailly et Sylvain Turbis ont exposé leur projet de recherche au Québec. Leurs études concernent des Pessières noires agées (150 - 200 ans) qui couvrent plus de 40% du territoire. Les essences principales sont l'Epinette noire, le Sapin, le Pin et le Mélèze. La gestion s'appuie principalement sur des tables de production (Pothier & Savard, 98) et sur des coupes rases, méthode efficace en forêt boréale. Pour modéliser la dynamique de ces peuplements, D. Mailly et S. Turbis envisagent d'utiliser un modèle spatialement explicite (pour répondre à des questions spatiales). L'établissement des modèles de croissance et de mortalité sont en cours, la régénération suivra. D'ores et déjà, des suggestions ont été faites aux services de l'inventaire forestier, de mesurer la hauteur de la cime vivante des arbres qui joue un rôle important dans la croissance.
Dans un premier temps, un logiciel ADAGE a été construit pour produire des sommaires à partir de plusieurs méthodes d'inventaire ou d'estimations.
Dans un deuxième temps, le logiciel PRESAGE permettra de procéder à des simulations de croissance et de dynamique des peuplements. Ces logiciels sont très portés vers l'exportation des données (vers PovRay, VRML, SVS...). Le modèle SPACE devrait être porté dans PRESAGE à court terme.
8 - Christophe Proisy s'intéresse à la mangrove guyanaise et utilise une approche télédétection. Il envisage de mettre au point un modèle de dynamique de Mangrove et de l'intégrer dans Capsis.
La mangrove guyanaise est constituée majoritairement de trois espèces : Avicennia nitida, Rhizophora mangle et Laguncularia racemosa.
Les sédiments rejetés par l'Amazone sont rabattus par les courants le long des côtes Guyanaises et forment des bancs de vases sur lesquels la mangrove prend position, modifiant régulièrement le trait de côte.
Les différents stades de la mangrove : Pionnier, Jeune, Mature, Senescent ou Cimetière sont repérables au cours du temps sur des photos satellites. La compréhension de la dynamique de la mangrove vise à mieux comprendre l'histoire du littoral.
Des questions sont à résoudre concernant la datation des arbres et donc l'établissement d'un modèle de croissance, et concernant la dynamique de colonisation.
9 - Alain Franc a ensuite expliqué l'intérêt de coupler la plate-forme Capsis au logiciel de calcul numérique Scilab. Les points principaux concernent les capacités de Scilab dans les domaines du calcul matriciel, de la résolution d'équations différentielles ordinaires et de l'optimisation.
La demande des utilisateurs de logiciels de calcul numérique : précision, stabilité, rapidité. Aucun logiciel n'est optimum sur ces trois critères.
Scilab offre des capacités particulières concernant plusieurs points qui pourraient être utiles à l'intégration de modèles en temps continus dans Capsis.
Une étude de cas (résolution d'équations différentielles en Java par un algorithme classique) met en évidence les difficultés à gérer la propagation des erreurs, problème type pris en compte par Scilab.
Les modèles intégrables dans Capsis sont nombreux sur le papier : modèles de succession végétale, patch models, modèles en temps discret, automates cellulaires, modèles en temps continus. Ces derniers bénéficieront de la connexion envisagée avec Scilab.
Un stagiaire, Laurent Biget, a été recruté et mis sur la question. Il travaille en relation avec l'un des co-développeurs de Scilab en région parisienne.
10 - Isabelle Lecomte a présenté le projet européen SAFE qui comporte une partie informatique qui sera développée sous Capsis. SAFE concerne l'agroforesterie et plus précisément l'agrisylviculture (arbres + cultures). Il s'étale sur la période 2001 - 2005. Il vise à proposer des directives européennes sur la question.
Le modèle considèrera une parcelle agroforestière au pas de temps journalier : compétition arbre / culture, croissance culture (aérienne et souterraine), bilan radiatif, hydrique et azoté.
Au pas de temps annuel : rendement culture, croissance arbres (aérienne et souterraine)
Trois espèces d'intérêt : Noyer, Merisier, Peuplier.
Le but est de faire des prédictions à 30 - 50 ans, de comparer des scénarios de gestion et des géométries de plantations pour mesurer l'impact économique.
Techniquement, il est prévu de réécrire un modèle de croissance d'arbre (HYPAR) en java et de coupler le module SAFE avec STICS (en C), logiciel de croissance de cultures créé par l'INRA d'Avignon, traduit en langage C par l'Université de Rennes. On s'appuiera sur la technologie JNI (Java Native Interface) qui permet d'interfacer les langages de programmation Java et C.
Quelques caratctéristiques techniques : adaptation du module Mountain, ajout d'un climat, sol découpé en plusieurs couches de profondeur, découpage en cellules de la zone de culture, module en Java et en C, calculs de lumière pour l'ombre de l'arbre sur les cultures, transpiration, photosynthèse, allocation du carbone dans les organes, répartition racinaire dans le sous-sol.
11 - Christian Pichot a présenté le projet « Couplage de modèles de dynamique forestière et de flux de gènes ». Ce projet vise à construire une demi douzaine de modules dans Capsis, couplant croissance et génétique. Les espèces concernées : Sapin, Cèdre (Avignon), Chêne, Hêtre (Bordeaux), Angélique et Wacapou (Montpellier). Le projet est financé par deux appels d'offres : le Bureau de la Ressource Génétique et le Fonds commun Cirad-INRA. Ingrid Seynave a été recrutée sur ce projet pour 9 mois.
Il s'agit d'étudier la diversité génétique, sa structuration, son évolution et les interactions entre la croissance, la démographie et la reproduction.
Echelles d'étude : arbres individuels spatialisés, durée : moyen terme à long terme : 1 à quelques centaines de cycles.
On se place dans deux types d'hypothèses : le génotype n'a pas d'effet (marqueurs neutres) : étude de l'évolution de la diversité ; on considère l'effet des allèles : le génotype est la somme des effets des allèles (croissance plus rapide...).
On envisage de construire une bibliothèque Capsis : Genetics, contenant des outils communs aux modules du projet, autour de la description du Genotype des arbres et de la description des processus de base de la génétique : la méiose et la fécondation. Les modules obtiendront le génotype d'un nouvel individu en donnant aux méthodes communes l'identité des deux parents.
Les modules prendront en compte spécifiquement la croissance, la phénologie, la fécondité, les flux de pollen ou de graine.
12 - Guillaume Cornu a présenté l'avancement du module Selva. Ce module se veut une boîte à outils de modélisation tropicale : un module générique, soit un module Capsis avec un structure modulaire. On décrit un module Selva comme une séquence de sous modèles décrite dans un script établi (ou choisi) à l'initialisation du modules dans Capsis. Ex : SimpleMortality / SimpleGrowth / ComplexIngrowth. Les arbres possèderont une définition dynamique de leurs propriétés.
Les types de propriétés : simple (une valeur), calculée (à la demande), voisinage (liste de voisins / une règle), historique (n dernières valeurs de la propriété), Trouée (avec age)...
Problème non encore résolu au niveau modèle car complexe : problème du recrutement : affecter une espèce à un nouvel individu. Il est prévu d'introduire des groupes pour la régénération.
Ce module sera la base de travail pour deux des modèles du projet « Couplage... » : Sébastien Jesel et Stéphane Traissac.
Conclusions :
Francois Goreaud a suggèré d'ouvrir la réunion à des collègues étrangers, suggestion qui a déjà été faite par le passé.
De nombreux projets nouveaux sont en cours dans des domaines très différents. L'organisation du projet Capsis avec délégation d'une partie du travail informatique aux modélisateurs devrait permettre de les mener de front. Ainsi, les projets « SAFE » et « Couplages... » disposent chacun du renfort temporaire d'un informaticien.
L'accent est mis actuellement sur la connexion de Capsis et de ses modules avec d'autres logiciels en amont (SIG) ou en aval (vent, maquettes 3D, simulateurs de la qualité des bois...) de la simulation de la dynamique forestière.
Une nouvelle formation devrait avoir lieu cet hiver pour plusieurs personnes parties prenantes du projet « Couplage... ». Elle se tiendra peut-etre à Bordeaux.