Mécanismes de l'interaction dynamique entre vent et plantes déformables – CHENE-ROSEAU

L'objectif du projet CHENE-ROSEAU est le développement d'une méthodologie expérimentale et théorique applicable à l'ensemble des situations vent-plante pour caractériser, analyser et simuler la réponse au vent des végétaux. La connaissance de ces mouvements est importante pour l'intégrité des plantes. Pour les plantes de grande culture ces mouvements, s'ils sont trop importants, peuvent entraîner la verse, inclinaison irréversible des tiges jusqu'à leur abattement sur le sol. Pour les arbres, des ruptures totales ou partielles de plants isolés, en verger ou forêt, peuvent se produire. La connaissance des mouvements en dehors de ces situations exceptionnelles est également nécessaire pour comprendre la thigmomorphogénèse, par laquelle les structures végétales modifient leur croissance en fonction des déformations liées à leur mouvement, la dispersion de particules, la rétention des liquides sur les feuilles ou la répartition de la lumière dans la canopée. Un dernier domaine d'application, plus récent mais économiquement très important, porte sur la bonne représentation en image de synthèse de ces mouvements, indispensable aux jeux vidéos et aux films d'animation. Ce problème d'interaction entre l'écoulement d'un fluide (le vent), et le mouvement d'un solide (la plante ou le couvert végétal) pose plusieurs difficultés particulières. Le solide est complexe dans sa géométrie et dans son comportement mécanique, l'écoulement du fluide est modifié par la présence de végétation, et les mécanismes d'interaction sont variés : traînée statique entraînant une déformation de la plante, réponse vibratoire de la plante à la turbulence, couplage entre le mouvement de la plante et les instabilités de l'écoulement, instabilité de flottement de feuilles, effet de sillage sur un arbre isolé. Les travaux de recherche dans ces domaines sont nombreux et essentiellement issus des communautés agronomiques et météorologiques. Ces dernières années, en France, des développements importants ont été entrepris, pour des configurations de végétaux assez distinctes. Le programme Venfor mené par l'UR-INRA Ephyse a analysé les interactions vent-forêt de l'échelle de la plante à celle du paysage, en s'appuyant notamment sur la simulation numérique des écoulements et le calcul des déformations de la structure arbre sous sollicitations turbulentes. Les travaux en commun au LadHYX et à l'INRA-PIAF ont porté sur le couplage entre vent et couvert cultivé, tandis que l'INRIA-Evasion s'intéressait à la représentation visuelle des arbustes en mouvement à partir de données vidéo. Les résultats obtenus dans ces trois programmes sont très encourageants et montrent que la mesure et la caractérisation de mouvement de plantes par analyse d'image vidéo est faisable, que l'on peut identifier plusieurs mécanismes d'excitation, et enfin que l'on peut simuler la réponse d'une plante sous divers types de sollicitations. Ces approches sont cependant limitées car les techniques expérimentales développées sont propres à chaque milieu, et car on ne dispose pas de concepts unificateurs pour adapter les modèles théoriques et leurs résultats d'un milieu à un autre. Ainsi, le verrou essentiel au développement de connaissance dans ce domaine est aujourd'hui méthodologique, tant du point de vue expérimental que théorique. L'objectif du projet CHENE-ROSEAU est donc le développement d'une méthodologie applicable à l'ensemble des situations vent-plante. Sur le plan expérimental la démarche choisie est celle du traitement d'images vidéo du mouvement du contour du milieu végétal (plante isolée ou couvert). L'acquisition d'images vidéo en situation naturelle de vent et les méthodes d'analyse d'image adaptée seront l'objet principal de ces recherches. On s'appuiera pour cela sur les travaux réalisés au LadHyX et à l'INRA d'une part (couvert végétal cultivé) et sur ceux menés à l'INRIA (animaux et plantes) d'autre part. Sur le plan théorique on dispose aujourd'hui de deux concepts : le prem...