Mots-Clés

Jumeaux numériques, plantes, écophysiologie, modélisation, ontologies

Description

Contexte

L’Institut de Recherche en Horticulture et Semences (IRHS) est une unité mixte de recherche sous les tutelles de l'INRAe, de l’Institut Agro et de l'Université d'Angers qui mène des travaux autour de la biologie des produits horticoles (pommier, poirier, rosier, carotte, etc.) et la production de semences. Elle regroupe environ 230 personnes de profils divers : 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 dans une optique de construction de jumeaux numériques et mène des recherches en statistique et analyse de données. Elle s’appuie sur les infrastructures et expertises de la plateforme d’imagerie pour le phénotypage des plantes PHENOTIC (labellisée 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 de jumeau numérique est souvent présenté comme une méthode pour aider au développement de systèmes agronomiques plus résilients dans un contexte de réduction d’intrants, de changement climatique, etc. L’imaginaire collectif associe aux jumeaux numériques une transposition parfaite du réel vers le numérique, prenant en compte tous les paramètres, à toutes les échelles. Mais aller vers un véritable clone in silico d’un système de culture conduit à une explosion en termes de nombre de variables, complexité des algorithmes, coûts et temps de calcul.

La question qui se pose alors est de déterminer quelles sont les échelles pertinentes, s’il ne manque pas des niveaux, à quelles échelles les différents modèles écophysiologiques ont du sens. Pour arriver à répondre à cette question, il faut disposer d’une automatisation de l’exploration de ces différentes échelles. Cette automatisation peut être permise par une représentation formelle telle qu’une ontologie, qui permet de regarder à différents niveaux ce qui ressort d’un point de vue statistique et déterminer ce qui est pertinent en comparant les données simulées avec des données réelles. L’enjeu est alors de réaliser cette comparaison.

Objectifs

Dans ce contexte, les objectifs du stage consistent en une analyse préliminaire de l’approche envisagée, en se basant sur une sélection réduite de quelques modèles :

1. Caractériser le paysage multidimensionnel des échelles et paramètres :

   1. Définir les paramètres sur lesquels jouent les modèles sélectionnés

   2. Identifier les dimensions correspondantes et les niveaux à considérer pour chacune

   3. Structurer ces éléments au sein d’une ontologie

2. Construire une première ébauche de système d’intégration de modèles

   1. Définir comment procéder aux transferts de données entre modèles écophysiologiques et entre niveaux d’échelle et les représenter dans l’ontologie.

   2. Inclure la prise en compte de ces éléments dans les simulations. On se basera pour ce faire sur la plateforme de modélisation GroIMP (http://www.grogra.de/software/groimp)

3. Expérimenter en serre

   1. Définir comment mesurer l’environnement et les plantes au niveau de détail voulu par les modèles choisis

   2. Mettre en œuvre le plan d’acquisition de données défini sur une vraie expérimentation en serre, de façon à disposer de mesures réelles qui pourront par la suite être confrontées aux résultats des modèles

      Cette exploration préalable servira de base à un travail de thèse pour lequel des demandes de financement sont en cours.

Compétences recherchées

Profil plutôt bioinformatique (éventuellement sciences des données, informatique ou agronomie). Le candidat devra disposer de solides compétences en développement informatique (une connaissance du langage JAVA serait un plus) et un intérêt marqué pour l’agronomie (en particulier le végétal) et les sciences expérimentales, un bagage de niveau licence en biologie. Un intérêt pour le développ3.2 .ement d’outils à destination de biologistes et l’interaction étroite avec les agronomes est essentiel.

Un projet de thèse dans le prolongement du stage sera possiblement proposé. Un intérêt pour la recherche et une poursuite en doctorat sont donc aussi importants.