Exploration sémantique des modèles socio-environnementaux: Approche générique pour l'initialisation et l'observation des modèles de simulation complexes

Researchers have sought to deal with the complexity of socio-ecosystems including biophysical and social dynamics, and their interactions. In order to cope with this complexity, they need increasingly complex models, whose initialization, and observation are becoming very difficult to implement. However, no generic framework has yet been developed to address this issue. The objective of the thesis is a generic framework for specifying and implementing the initialization from numerous heterogeneous data, and the observation producing the desired indicators. The result is a set of tools and know-how, allowing thematicians to specify and automate the whole process of exploitation of a simulation model, from the initialization to the production of indicators. For this, we propose to formulate the initialization and observation as transformations among data and data structures. This formulation allows to use the Model Driven Engineering (MDE) concepts in order to implement the generic framework and the corresponding domain specific languages (DSL) allow thematicians to specify easier initialization and observation SES models.Les chercheurs veulent aborder toute la complexité des socio-écosystèmes (SES) afférents aux dynamiques biophysiques, sociales ainsi qu’à leurs interactions. Afin d'aborder cette complexité, ils ont recours à des modèles de simulation de plus en plus complexes, dont l'initialisation et l'observation sont devenues difficiles à mettre en œuvre. Toutefois, aucun cadre générique n'a encore été développé pour résoudre ce problème. L’objectif de cette thèse est de proposer un cadre générique pour la spécification et la mise en œuvre de l'initialisation, à partir de nombreuses données hétérogènes, et l'observation pour produire les indicateurs souhaités par les thématiciens. Le résultat est un ensemble d’outils et de savoir-faire, permettant aux thématiciens de spécifier et d’automatiser l'ensemble du processus d'exploitation d’un modèle de simulation, de l'initialisation à la production des indicateurs. Pour cela, nous proposons de formuler l'initialisation et l'observation des modèles de simulation en des transformations entre données et structures de données. Cette formulation permet d'utiliser les concepts de l’ingénierie dirigée par les modèles (IDM) afin de mettre en œuvre des langages dédiés (DSL). Ces derniers fournissent les concepts nécessaires permettant aux thématiciens de spécifier plus facilement l’initialisation et l’observation de modèles de SES

DIFFICULTÉS DE LA PARTICIPATION EN RECHERCHE- ACTION : retour d'expériences de modélisation d'accompagnement en appui à l'aménagement du territoire au Sénégal et à la Réunion

International audienceComment aider les institutions et acteurs locaux à investir davantage les processus d'affectation des terres pour aménager leur territoire ? La décentralisation de l'aménagement du territoire engagée à la Réunion et au Sénégal est inachevée. Malgré l'arsenal législatif, les populations locales semblent peu impliquées dans les décisions les concernant en raison notamment de la difficulté à appréhender la complexité des systèmes d'interactions entre dynamiques sociales et environnementales. Le projet Domino vise à accompagner les processus de décision en proposant aux acteurs de construire et d'explorer des scenarii prospectifs d'affectation des terres. Cette expérience de modélisation participative repose sur une dynamique partenariale complexe sur chaque terrain, source de difficultés. Conscients des dérives potentielles, nous discutons la nécessité de construire une démarche qualité de notre recherche-action. Mots clés : montage de partenariat, démarche qualité, modèle, changement social, ComMod, interdisciplinarité, décentralisation, foncier, Sénégal, Réunio

Démarche, modèles et outils multi-agents pour l'ingénierie des collectifs cyber-physiques

We call a Collective Cyber-Physical System (CCPS), a system consisting of numerous autonomous execution units achieving tasks of control, communication, data processing or acquisition. These nodes are autonomous in decision making and they can cooperate to overcome gaps of knowledge or individual skills in goal achievement.There are many challenges in the design of these collective systems. This Habilitation thesis discusses various aspects of such a system engineering modeled according to a multi-agent approach.First, a complete CCPS design method is proposed. Its special features are discussed regarding the challenges mentioned above. Agent models and collective models suitable to constrained communications and changing environments are then proposed to facilitate the design of CCPS. Finally, a tool that enables the simulation and the deployment of hw/sw mixed collective systems is presented.These contributions have been used in several academic and industrial projects whose experience feedbacks are discussed.Nous appelons "collectif cyber-physique" un système embarqué en réseau dans lequel les nœuds ont une autonomie de décision et coopèrent spontanément afin de participer à l'accomplissement d'objectifs du système global ou de pallier des manques de connaissances ou de compétences individuelles. Ces objectifs portent notamment sur l'état de leur environnement physique. La conception de ces collectifs présente de nombreux défis. Ce mémoire d'Habilitation propose une discussion des différents aspects de l'ingénierie de ces systèmes que nous modélisons en utilisant le paradigme multi-agent. Tout d'abord, une méthode complète d'analyse et de conception est proposée. Ses différentes particularités sont discutées au regard des différents défis précédemment évoqués. Des modèles d'agent et de collectifs adaptés aux communications contraintes et aux environnements changeants sont alors proposés. Ils permettent de simplifier la conception des collectifs cyber-physiques. Enfin, un outil qui permet la simulation et le déploiement de systèmes collectifs mixtes logiciels/matériels est introduit.Ces contributions ont été éprouvées dans des projets académiques et industriels dont les retours d'expériences sont exploités dans les différentes discussions

Modélisation prospective et échelles spatiales en montagne : application aux Pyrénées françaises

Mountain areas exhibit high environmental, economic, social or cultural values. Land use and cover changes (LUCC), whether or not from anthropogenic origin, have led to significant encroachment and reforestation dynamics over the last decades in the French Pyrenees. Current trends suggest that these dynamics will amplify in the future. If they are closely related to the decline of agropastoral and forestry activities, the location of potentially affected areas is of great importance for managers and local stakeholders. For medium to long-term management perspectives, it is now essential to provide a quantified vision of possible futures of their territory to help in the definition of sustainable strategies. The objective of this work is to spatialize future scenarios at three different scales (regional, local and micro-local) to identify the most vulnerable areas to LUCC and analyze the influence of spatial scales and modeling approaches on their location. The methodology is based on four stages. The first step is to identify prospective modelling approaches that are preferred according to the considered spatial scales. The second step is to provide the knowledge for building scenarios. The third step is to simulate future scenarios at each spatial scales to identify the most vulnerable areas to encroachment and reforestation. The last step is to analyze the influence of scales and modeling approaches in the prospective framework. Spatially explicit scenarios allow to (i) quantify and assess possible impacts of contrasting socio-economic and environmental contexts on LUCC, and (ii) identify the most vulnerable areas to encroachment and reforestation for each considered spatial scale. Moreover, the combination of scenarios allows to evaluate the spatial uncertainty, regrouping the inherent and the ensemble uncertainties, related to future LUCC. The pattern-based models used at the regional and local levels tend to underestimate LUCC compared to the process-based model used. Finally, the multi-scale approach allowed to provide knowledge on the Pyrenean land system that a single scale approach would not have provided, to target the areas at stake regarding future LUCC and to establish a degree of confidence in the adopted modeling approaches in order to help in the definition and assessment of land use policies and strategies.Les espaces montagnards représentent des zones à forts enjeux environnementaux, économiques, sociaux voire culturels. Les changements d’occupation et d’usage du sol qui s’y tiennent, qu’ils soient d’origine anthropiques ou non, ont engendré, au cours des dernières décennies, des dynamiques significatives d’enfrichement et de reforestation dans les Pyrénées françaises. Les tendances en cours laissent présager que ces dynamiques vont s’amplifier à l’avenir. Si ces dynamiques sont étroitement liées au déclin des activités agro-sylvo-pastorales, la localisation des zones potentiellement concernées constitue un réel enjeu pour les gestionnaires et les acteurs locaux. Dans une perspective de gestion à moyen ou long terme des espaces montagnards, il est aujourd’hui essentiel de pouvoir leur fournir une vision quantifiée des futurs possibles de leur territoire afin d’éclairer leurs décisions. L’objectif de ce travail est de construire des scénarios prospectifs spatialisés à trois échelles différentes et emboîtées (régionale, locale et micro-locale) afin d’identifier les espaces les plus vulnérables aux changements d’occupation et d’usage du sol et d’analyser l’influence des échelles spatiales et des approches de modélisation sur leur localisation. La démarche méthodologique s’articule autour de quatre étapes. La première étape consiste à identifier les approches de modélisation prospective qui sont privilégiées selon les échelles spatiales considérées. La seconde étape vise à construire « la base » des scénarios. La troisième étape consiste à produire les scénarios prospectifs spatialisés à chacune des échelles spatiales, selon des démarches de modélisation adaptées et des facteurs explicatifs pertinents, afin de simuler l’évolution possibles des paysages montagnards et d’identifier les espaces les plus vulnérables aux processus d’enfrichement et de reforestation. Enfin, la dernière étape consiste à analyser l’influence des échelles et des approches de modélisation au sein des travaux de prospective. Les scénarios prospectifs spatialisés ont permis (i) de quantifier et de spatialiser les impacts possibles de contextes socio-économiques et environnementaux contrastés sur les changements d’occupation et d’usage du sol et (ii) d’identifier les espaces les plus vulnérables aux changements à chacune des échelles considérées. Le croisement des scénarios produits a également permis d’évaluer l’incertitude spatiale des changements liée au futur. Les modèles pattern-based, utilisés à l’échelle régionale et locale, tendent à sous-estimer les changements par rapport au modèle process-based appliqué à l’échelle micro-locale. Au final, l’approche multi-scalaire a permis : d’apporter des connaissances sur le fonctionnement du système pyrénéen, voire de combler des lacunes quant aux données disponibles, qu’une approche mono-scalaire n’aurait pas produites ; de cibler les espaces les plus propices aux changements et d’établir un degré de confiance quant aux approches de modélisation choisies dans le but d’éclairer les politiques et stratégies de gestion