Architecture de dataflow pour des systèmes modulaires et génériques de simulation de plante

La modélisation en biologie, plus particulièrement celle de la croissance et du fonctionnement des plantes, est un domaine actuellement en pleine expansion, utile pour appréhender les enjeux liés au changement climatique et à la sécurité alimentaire au niveau mondial. La modélisation et la simulation sont des outils incontournables pour la compréhension des relations complexes entre l'architecture des plantes et les processus qui influencent leur croissance dans un environnement changeant. Pour la modélisation des plantes, un grand nombre de formalismes ont été développés dans de nombreuses disciplines et à différentes échelles de représentation. L'objectif de cette thèse est de définir une architecture modulaire qui permette de simuler des systèmes structure-fonction en réutilisant et en assemblant différents modèles existants. Nous étudierons d'abord les différentes approches de la réutilisation logicielle, proposées par Krueger, les systèmes à tableau noir et les systèmes de workflows scientifiques. Ces différentes approches sont utilisées afin de faire coopérer, de réutiliser et d'assembler des artefacts logiciels de façon modulaire. A partir du constat que ces systèmes fournissent les abstractions nécessaires à l'intégration d'artefacts variés, notre hypothèse de travail est qu'une architecture hybride, basée sur les systèmes à tableau noir avec un contrôle procédural piloté par dataflow, permettrait à la fois d'obtenir la modularité tout en permettant au modélisateur de garder le contrôle sur l'exécution. Dans le chapitre 2, nous décrivons la plateforme OpenAlea, une plateforme à composants logiciels et offrant un système de workflow scientifique, permettant l'assemblage et la composition de modèles à travers une interface de programmation visuelle. Dans le chapitre 3, nous proposons une structure de données pour le tableau noir, associant une représentation topologique de l'architecture des plantes à différentes échelles, le Multiscale Tree Graph, et sa spatialisation géométrique à l'aide de la bibliothèque 3D PlantGL. Ensuite, dans le chapitre 4, nous présentons les lambda-dataflows, une extension des dataflows permettant de coupler simulation et analyse. Puis, dans le chapitre 5, nous présentons une première application, qui illustre l'utilisation d'un modèle générique de feuilles de graminées dans différents modèles de plantes. Finalement, dans le chapitre 6, nous présentons l'ensemble des éléments de l'architecture utilisés pour élaborer un cadre générique de modélisation du développement des maladies foliaires dans un couvert architecturé. L'architecture présentée dans cette thèse et sa mise en œuvre dans OpenAlea sont un premier pas vers la réalisation de plateformes de modélisation intégratives ouvertes, permettant la coopération de modèles hétérogènes en biologie. L'utilisation du formalisme de workflows scientifiques en analyse et en simulation permet notamment d'envisager à court terme l'élaboration des plateformes de simulation collaboratives et distribuées à grande échelle.