La géosimulation orientée agent : un support pour la planification dans le monde réel

La planification devient complexe quand il s’agit de gérer des situations incertaines. Prédire de façon précise est une tâche fastidieuse pour les planificateurs humains. L’approche Simulation-Based Planning consiste à associer la planification à la simulation. Chaque plan généré est simulé afin d’être testé et évalué. Le plan le plus approprié est alors retenu. Cependant, le problème est encore plus complexe lorsque viennent s’ajouter des contraintes spatiales. Par exemple, lors d’un feu de forêt, des bulldozers doivent construire une ligne d’arrêt pour arrêter la propagation des feux. Ils doivent alors tenir compte non seulement de l’avancée des feux mais aussi des caractéristiques du terrain afin de pouvoir avancer plus facilement. Nous proposons une approche de géosimulation basée sur les agents et qui a pour but d’assister la planification dans un espace réel, à large échelle géographique et surtout à forte composante spatiale. Un feu de forêt est un problème typique nécessitant une planification dans un monde réel incertain et soumis à de fortes contraintes spatiales. Nous illustrons donc notre approche (nommée ENCASMA) sur le problème des feux de forêts. L’approche consiste à établir un parallélisme entre l’Environnement Réel ER (p.ex. une forêt incendiée) et un Environnement de Simulation ES (p.ex. une reproduction virtuelle de la forêt incendiée). Pour garantir un niveau acceptable de réalisme, les données spatiales utilisées dans l’ES doivent absolument provenir d’un SIG (Système d’information Géographique). Les planificateurs réels comme les pompiers ou les bulldozers sont simulés par des agents logiciels qui raisonnent sur l’espace modélisé par l’ES. Pour une meilleure sensibilité spatiale (pour tenir compte de toutes les contraintes du terrain), les agents logiciels sont dotés de capacités avancées telles que la perception. En utilisant une approche par géosimulation multiagent, nous pouvons générer une simulation réaliste du plan à exécuter. Les décideurs humains peuvent visualiser les conséquences probables de l’exécution de ce plan. Ils peuvent ainsi évaluer le plan et éventuellement l’ajuster avant son exécution effective (sur le terrain). Quand le plan est en cours d’exécution, et afin de garantir la cohérence des données entre l’ER et l’ES, nous gardons trace sur l’ES des positions (sur l’ER) des planificateurs réels (en utilisant les technologies du positionnement géoréférencé). Nous relançons la planification du reste du plan à partir de la position courante de planificateur réel, et ce de façon périodique. Ceci est fait dans le but d’anticiper tout problème qui pourrait survenir à cause de l’aspect dynamique de l’ER. Nous améliorons ainsi le processus classique de l’approche DCP (Distributed Continual Planning). Enfin, les agents de l’ES doivent replanifier aussitôt qu’un événement imprévu est rapporté. Étant donné que les plans générés dans le cas étudié (feux de forêts) sont essentiellement des chemins, nous proposons également une approche basée sur la géosimulation orientée agent pour résoudre des problèmes particuliers de Pathfinding (recherche de chemin). De plus, notre approche souligne les avantages qu’apporte la géosimulation orientée agent à la collaboration entre agents humains et agents logiciels. Plus précisément, elle démontre : • Comment la cognition spatiale des agents logiciels sensibles à l’espace peut être complémentaire avec la cognition spatiale des planificateurs humains. • Comment la géosimulation orientée agent peut complémenter les capacités humaines de planification lors de la résolution de problèmes complexes. Finalement, pour appliquer notre approche au cas des feux de forêts, nous avons utilisé MAGS comme plate-forme de géosimulation et Prometheus comme simulateur du feu. Les principales contributions de cette thèse sont : 1. Une architecture (ENCASMA) originale pour la conception et l’implémentation d’applications (typiquement des applications de lutte contre les désastres naturels) dans un espace géographique réel à grande échelle et dynamique. 2. Une approche basée sur les agents logiciels pour des problèmes de Pathfinding (recherche de chemin) particuliers (dans un environnement réel et à forte composante spatiale, soumis à des contraintes qualitatives). 3. Une amélioration de l’approche de planification DCP (plus particulièrement le processus de continuité) afin de remédier à certaines limites de la DCP classique. 4. Une solution pratique pour un problème réel et complexe : la lutte contre les feux de forêts. Cette nouvelle solution permet aux experts du domaine de mieux planifier d’avance les actions de lutte et aussi de surveiller l’exécution du plan en temps réel.Planning becomes complex when addressing uncertain situations. Accurate predictions remain a hard task for human planners. The Simulation-Based Planning approach consists in associating planning and simulation. Each generated plan is simulated in order to be tested and evaluated. The most appropriate plan is kept. The problem is even more complex when considering spatial constraints. For example, when fighting a wildfire, dozers build a firebreak to stop fire propagation. They have to take into account not only the fire spread but also the terrain characteristics in order to move easily. We propose an agent-based geosimulation approach to assist such planners with planning under strong spatial constraints in a real large-scale space. Forest fire fighting is a typical problem involving planning within an uncertain real world under strong spatial constraints. We use this case to illustrate our approach (ENCASM). The approach consists in drawing a parallel between the Real Environment RE (i.e. a forest in fire) and the Simulated Environment SE (i.e. a virtual reproduction of the forest). Spatial data within the SE should absolutely come from a GIS (Geographic Information System) for more realism. Real planners such as firefighters or dozers are simulated using software agents which reason about the space of the SE. To achieve a sufficient spatial awareness (taking into account all terrain’s features), agents have advanced capabilities such as perception. Using a multiagent geosimulation approach, we can generate a realistic simulation of the plan so that human decision makers can visualize the probable consequences of its execution. They can thus evaluate the plan and adjust it before it can effectively be executed. When the plan is in progress and in order to maintain coherence between RE and SE, we keep track in the SE of the real planners’ positions in the RE (using georeferencing technologies). We periodically replan the rest of the plan starting from the current position of the real planner. This is done in order to anticipate any problem which could occur due to the dynamism of the RE. We thus enhance the process of the classical Distributed Continual Planning DCP. Finally, the agents must replan as soon as an unexpected event is reported by planners within the RE. Since plans in the studied case (forest fires) are mainly paths, we propose a new approach based on agent geosimulation to solve particular Pathfinding problems. Besides, our approach highlights the benefits of the agent-based geo-simulation to the collaboration of both humans and agents. It thus shows: • How spatial cognitions of both spatially aware agents and human planners can be complementary. • How agent-based geo-simulation can complement human planning skills when addressing complex problems. Finally, when applying our approach on firefighting, we use MAGS as a simulation platform and Prometheus as a fire simulator. The main contributions of this thesis are: 1. An original architecture (ENCASMA) for the design and the implementation of applications (typically, natural disasters applications) in real, dynamic and large-scale geographic spaces. 2. An agent-based approach for particular Pathfinding problems (within real and spatially constrained environments and under qualitative constraints). 3. An enhancement of the DCP (particularly, the continual process) approach in order to overcome some limits of the classical DCP. 4. A practical solution for a real and complex problem: wildfires fighting. This new solution aims to assist experts when planning firefighting actions and monitoring the execution of these plans

Analyse de la détérioration de la forêt de la Cordillère de la Costa dans le sud chilien : géomatique et modélisation prospective appliquée sur une forêt patrimoniale de la province d'Osorno (41º 15’ - 41º 00’ latitude Sud)

SAn area of the Cordillera de la Costa is studied in southern Chile (41°15'S - 41°00'S), inhabited by ethnic Mapuche. There are still valuable temperate forests that have high conservation priority worldwide. But it is found, a continuous process of transformation related to the extraction of firewood, ranching, disruption of habitat conifer Fitzroya cupressoides, and deployment of forest plantations. Based on a multi-temporal satellite images classification, a spatial-temporal modeling was implemented to understand and predict the dynamics of the deterioration of the forest. Retrospective analysis revealed that between 1976 and 2008, the forest has been reduced 12,400 ha, a deforestation rate of 0.25% per annum. 20 models of deforestation are calibrated, 4 of them are selected to construct scenarios. The simulation predicted that reductions of forest between 2008 and 2040 could reach 13,000 ha. Two other models implemented simulate changes in habitat quality F. cupressoides. Scenarios predict an increase in the damaged surface; extrapolating from the learning period 2001-2008 during which the largest share of indigenous lands was legalized, compared with the previous period to 2001, predicts a significant increase in the damaged surface. In this way, it provides a tool to enhance the local management of environmental systems still not incorporated into the Chilean planning. Finally, the thesis also makes interesting comparisons between models that differ with respect to the calibration parameters.On étudie une zone de la Cordillère de la Costa au sud du Chili (41°15'S-41°00'S), habitée par l'ethnie Mapuche. Là, il y a encore des précieuses forêts tempérées, qui ont une haute priorité de conservation au plan mondial. Mais, il est constaté, un processus continu de transformation lié à l'extraction de bois de chauffe, l'élevage extensif, la perturbation de l'habitat du conifère Fitzroya cupressoides, et le déploiement des plantations forestières. Sur la base d'une classification multi-temporelle d'images satellite, une modélisation spatio-temporelle a été mise en œuvre pour comprendre et anticiper la dynamique de la détérioration de la forêt. L'analyse rétrospective révèle qu'entre 1976 et 2008, la forêt a été réduite 12400 ha, soit un taux de déforestation 0,25% par an. 20 modèles de déforestation sont calibrés, 4 d'entre eux sont sélectionnés pour construire des scénarios prospectifs. La simulation prévoit que la diminution de forêt entre 2008 et 2040 pourrait atteindre 13000 ha. Deux autres modèles mis en œuvre simulent l'évolution de la qualité de l'habitat de F. cupressoides. Les scénarios prévoient une augmentation de la surface détériorée ; l’extrapolation à partir de la période d’apprentissage 2001-2008 pendant laquelle la plus grande part de terres indigènes a été légalisée, par rapport à la période précédente à 2001, prédit une augmentation plus significative de la surface détériorée. On fournit un outil pour amplifier la gestion territoriale des systèmes environnementaux toujours non incorporée dans la planification chilienne. Enfin, la thèse met également d'intéressantes comparaisons entre modèles qui diffèrent par rapport aux paramètres de calibration

Dynamique des activités humaines en mer côtière. Application à la mer d'Iroise

Coastal seas are the seat of multiple, sometimes rival, human activities interacting with the natural environment. An understanding of the interactions, between these activities and the environment, is a major objective of research into sustainable developement. In this context, a focus on the ways in which Man uses and exploits the environment is clearly indispensable. Such a focus can reply to important questions posed by scientists through their quest to evaluate the role of human activity in the evolution of ecosystems, and by administrators in search of information which offers a global and interdisciplinary vision of the territory. In this framework, a maritime environment poses specific problems. The legibility of phenomena connected with human activities, in this form of open space, is so much more complex. Therefore a methodology, which aims to analyse the system at work, is proposed. It would involve producing a description of how activities progress in space and time, through the use of spatio-temporal filters. This approach provides the foundation for a conceptual and logical modelling of human usage of the environment, which can be integrated within a simulator of Dynamics of HUman Activities DAHU). The exploitation of results via a GIS allows for the restoration of relevant spatio-temporal representations and thus establishes a useful synthetic form of information for a concerted approach to management of coastal seas.La mer côtière est le siège d'activités anthropiques multiples, parfois concurrentes, interagissant avec l'environnement naturel. La compréhension des interactions entre ces activités et le milieu est un objectif majeur de la recherche pour l'aide au développement durable des sociétés humaines. Dans ce contexte, il est notamment indispensable de se focaliser sur les modalités d'utilisation et d'exploitation du milieu par l'Homme. Cela répond à un fort besoin des scientifiques, qui cherchent à évaluer la part de l'activité humaine dans l'évolution des écosystèmes, et des gestionnaires en quête d'informations permettant une vision globale et interdisciplinaire du territoire. Dans ce cadre, le milieu marin pose des problèmes spécifiques. Sur cet espace ouvert, la lisibilité des phénomènes liés aux activités humaines est d'autant plus complexe. Une méthodologie visant à analyser le système est donc proposée. Elle consiste à réaliser une description du déroulement des activités humaines dans l'espace et dans le temps grâce à l'utilisation de filtres spatio-temporels. Cette approche fournit les bases d'une modélisation conceptuelle et logique des usages anthropiques intégrable au sein d'un simulateur de la Dynamique des Activités HUmaines (DAHU). L'exploitation des résultats via un SIG permet la restitution de représentations spatio-temporelles pertinentes et constitue ainsi une information synthétique utile à une gestion concertée de la mer côtière

Prévoir pour mieux s'adapter : sensibilité de l'activité des incendies de forêt aux changements climatiques et de couverture terrestre

Le feu de forêt est une perturbation naturelle extrêmement répandue sur la planète. Au Québec, les incendies de forêt ont affecté entre 1990 et 2013 une moyenne de 330 000 hectares par année contre une moyenne de 2,3 millions d’hectares pour le Canada. À l’heure des changements climatiques, dont les conséquences sont annoncées comme très coûteuses pour les sociétés humaines, il est important de développer des stratégies d’adaptations aux changements climatiques le plus tôt possible afin de minimiser les coûts, les impacts environnementaux et les impacts sur nos sociétés. Le climat et la météo influencent fortement les patrons spatiaux et temporels de l’activité des incendies de forêt. La couverture terrestre joue également un rôle important à court terme en modulant l’influence des conditions climatiques sur l’activité des feux et à plus long terme par des changements de composition dans la matrice forestière, graduels (succession forestière, changements climatiques) ou rapides (perturbations). Ainsi, il devient urgent de développer des projections fiables de l’activité future des incendies de forêt tout en réduisant l’incertitude autour de ces projections. Malgré le fait que ces besoins ont été identifiés depuis plus d’une décennie, les méthodes nécessaires à l’élaboration de ces projections restaient à être développées. La capacité de prédire ou de prévoir comment un système peut se comporter à l'avenir a toujours représenté un formidable défi pour la communauté scientifique. Dans mes deux premiers chapitres, j’ai modélisé l’influence des changements climatiques et de végétation sur la fréquence et la distribution des tailles des incendies de forêt à l’aide de modèles statistiques. Mon troisième et dernier chapitre utilise les modèles développés dans les deux premiers pour projeter de quelle manière l’activité des incendies de forêt évoluera dans un contexte où le climat (ou la météo) et la végétation (ou la couverture terrestre) sont dynamiques. Grâce à ces travaux on peut aujourd’hui projeter quelle sera l’activité future des incendies de forêt dans un contexte de changements dans la matrice forestière et climatiques.Abstract Wildfire is an extremely widespread natural disturbance on the planet. In Quebec, forest fires have affected between 1990 and 2013 an average of 330,000 hectares per year against an average of 2.3 million hectares for Canada. In these times of climate change, whose effects are reported as very costly to human societies, it is important to develop adaptation strategies to climate change as soon as possible to minimize costs, environmental impacts and impacts on our societies. Climate and weather strongly influence the spatial and temporal patterns of forest fires activity. Land-cover plays an important role in the short term by modulating the effect of weather on fire activity and longer-term changes in forest composition matrix, gradual (forest succession, climate change), or rapid (disturbances). Thus, it is urgent to develop reliable projections of future activity of forest fires while reducing the uncertainty surrounding these projections. Despite the fact that these requirements have been identified for more than a decade, the methods for the preparation of these projections remained to be developed. The ability to forecast or predict how a system might behave in the future has always been a formidable challenge for the scientific community. In my first two chapters, I modeled the influence of climate change and vegetation on the frequency and size distribution of forest fires using statistical models. My third and final chapter uses models developed in the first two to project how the activity of forest fires will evolve in a context where the climate (or weather) and vegetation (or land-cover) are dynamic. Thanks to this work, we can now project what will be the future activity of forest fires in the context of climate and forest changes

Parcours de recherche à Madagascar : l'IRD-ORSTOM et ses partenaires

C'est après la Seconde Guerre mondiale que la recherche française sur les pays tropicaux se structure selon un nouveau dispositif institutionnel. Dès 1946, Madagascar fait partie des pays précurseurs disposant d'un centre de recherche (PIRSM, Institut de recherche scientifique de Madagascar), de moyens logistiques et humains pour mener à bien ses objectifs scientifiques et de développement. Depuis, l'IRSM a été intégré à l'Orstom (Office de la recherche scientifique et technique outre-mer), devenu IRD (Institut de recherche pour le développement) en 1998, et le partenariat avec les chercheurs et universitaires nationaux s'est considérablement élargi. À travers différents parcours de recherche, cet ouvrage dresse, soixante-cinq ans plus tard, un bilan du chemin parcouru et dessine un panorama de l'évolution des connaissances dans les principaux domaines investis par l'IRD et ses partenaires : géographie, anthropologie, économie, démographie, santé, hydrologie, pédologie, minéralogie, océanographie, botanique et travaux sur les substances naturelles. Ainsi, des acteurs malgaches et français de la recherche nous livrent leur vision de l'évolution de leurs disciplines et nous présentent les modalités scientifiques et institutionnelles de leur collaboration. La production scientifique analysée permet par ailleurs de redonner vie à des travaux anciens peu accessibles. Outre les bibliographies propres à chaque chapitre, l'ouvrage est accompagné d'un DVD comprenant plus de 3 000 références issues de la base documentaire Horizon Pleins Textes de l'IRD, dont 1 800 disponibles en version intégrale (fichiers PDF) couvrant la majeure partie des travaux réalisés à Madagascar par l'IRD et ses partenaires malgaches

XIe congrès forestier mondial. Synthèse "après-congrès"

L'examen des cinquante textes de conclusions et des recommandations produites à l'issue des sessions plénières ou spécialisées montre quelques grandes tendances. Ces tendances se résument par une importance croissante des aspects politiques et sociaux de la gestion des forêts en milieu tropical. Ainsi, les actions forestières devront être écologiquement fondées, économiquement viables et socialement acceptables. La mondialisation du secteur se traduit par la mise en place d'accords internationaux sur l'aménagement durable et l'évaluation des ressources forestières tropicales. Le partenariat renforcé avec les groupements villageois ou étatiques et le secteur privé permettra de concilier les intérêts de chacun et d'harmoniser les politiques relatives à l'agriculture, à l'élevage et aux forêts. Les nouvelles technologies, la certification des bois et l'investissement dans des plantations sont perçus comme des démarches à renforcer et à intégrer dans la gestion des forêt

Le territoire, un produit comme un autre ?La Ressource territoriale comme facteur clé du développement durable local

Territorial Resource, yet little used in the geographical analysis, reveals the importance of mobilizing local resources in the establishment of a development project. Its development process is based indeed on a “basket of wealth”, some of which are enhanced by the “patrimonilisation” in a particular development context. Supplemented by a specific organization of actors, it is an element promoting the integration of sustainable development in local projects. This constitutive process then is flexible enough to adapt over time, even if it remains dependent on the willingness of local actors. The Bigourdan context allowed to test the tools developed for this research, including a territorial diagnosis based on the analysis of vulnerability to climate change and the identification of territorial resource, as well as the adaptation of the product life cycle analysis to local project.La Ressource territoriale, encore peu utilisée dans l’analyse géographique, permet de constater l’importance de la mobilisation des ressources locales par les acteurs d’un territoire, dans la constitution d’un projet de développement. Son processus d’élaboration s’appuie en effet sur un panier de richesses dont certaines sont valorisées par la patrimonialisation, dans un contexte particulier de développement. Complétée d’une organisation spécifique des acteurs, elle constitue un élément favorisant l’intégration du développement durable dans les projets locaux. Ce processus constitutif est alors assez souple pour permettre une adaptation dans le temps, même s’il reste dépendant de la volonté des acteurs locaux. Le contexte bigourdan a permis de tester les outils développés pour cette étude, notamment un diagnostic territorial basé sur l’analyse de la vulnérabilité au changement climatique et l’identification de la Ressource territoriale, ainsi que l’adaptation de l’analyse du cycle de vie d’un produit, au projet de territoire