Direction de recherche : Jean-Pierre BRIOT

Co-encadrement : ALVAREZ Isabelle, DEFFUANT G.

Proposition d'outils pour évaluer la pertinence de descendre au niveau individu-centré pour des modèles d'utilisation de la ressource couplés à des modèles de ressource.

La nécessité de gérer les ressources au mieux devient cruciale pour éviter leur épuisement et une dégradation durable de l'environnement. Les modèles facilitent la gestion, en permettant d'évaluer les conséquences de différents choix. Or il s'avère souvent nécessaire de simuler un système où interagissent des processus très différents. Ceci pose des questions méthodologiques de modélisation concernant à la fois la mise en oeuvre d'un couplage et le choix de l'échelle. Le choix de l'échelle pour les modèles de population se cristallise souvent sur l'opposition entre deux approches : individu-centrée (fine mais coûteuse en temps et nécessitant de nombreuses simulations pour connaître les lois d'évolution globales) et agrégée (dont la forme analytique suffit souvent à caractériser le comportement et dont la simulation éventuelle est plus rapide). Ces deux questions jouent un rôle central pour la modélisation de la ressource en eau et plus particulièrement son évolution quantitative à l'échelle d'un bassin versant. Dans ce travail de thèse, nous avons exploré dans quelles conditions il est possible d'utiliser un modèle agrégé pour étudier le comportement ou simplifier la simulation d'un modèle individu-centré de consommation couplé à un modèle de ressource, appliqué à la simulation de la ressource en eau. Nous avons suivi une démarche exploratoire en comparant des résultats de simulation des modèles individu-centré et agrégé de consommation couplés à un modèle de ressource en eau. Nous avons construit des modèles simples en couplant un sous-modèle hydrologique pluie-débit classique (GR2m) avec un sous-modèle de consommation simulant la diffusion d'un comportement économe ; à partir de la forme individu-centrée de celui-ci nous avons construit en cohérence un modèle agrégé suivant les principes de la socio-dynamique. Nous avons exploré les différences entre ces modèles pour quatre cas de figure. Dans un premier temps nous avons étudié la différence entre les modèles de consommation sans couplage afin de comprendre les sources de différence intrinsèques aux sous-modèles de consommation. Dans un deuxième temps nous avons étudié l'influence de la forme de couplage à la fois sur l'évolution des modèles, et sur leur différence. Dans un troisième temps nous avons exploré comment l'introduction d'une hétérogénéité soit des consommateurs soit de la ressource pouvait se faire de façon linéaire. Enfin nous avons comparé l'influence de différents types de liens (sociaux et environnementaux) sur l'évolution. Notre étude nous a permis de montrer l'intérêt du modèle agrégé pour simuler et pour comprendre le modèle individu-centré. Pour commencer, la forme analytique du modèle agrégé nous fournit des outils pour étudier le modèle individu-centré qu'il approxime : il présente des propriétés proches de celles du modèle individu-centré mais son fonctionnement est beaucoup plus facile et rapide à connaître. En particulier l'étude théorique nous a permis de prévoir ses attracteurs et de proposer une explication dynamique aux différences entre modèles (dont les transitions entre attracteurs diffèrent, conduisant à une forte variabilité des résultats de l'individu-centré), ce qui nous a permis d'en prévoir approximativement la localisation. Ensuite la mise en regard de ces deux modèles facilite le choix de l'échelle. Les zones de différence permettent d'identifier et de comprendre les spécificités du modèle individu-centré (réseau des interactions et couplage en ce qui nous concerne) et d'en localiser l'influence. Ceci permet d'argumenter le choix de l'échelle. Enfin il devient aussi possible dans les zones de similarité de remplacer le modèle individu-centré par le modèle agrégé dont les propriétés mathématiques à un niveau global sont connues, et dont la simulation est plus rapide. Nous avons de plus montré que le choix de l'échelle ne pouvait être dissocié du choix de couplage. Ces résultats nous ont permis de conclure sur l'intérêt de notre approche pour la mise en oeuvre d'un questionnement sur l'échelle et aussi plus simplement pour l'étude de modèles individu-centrés couplés et de proposer quelques éléments de méthode relativement génériques. La thèse peut être téléchargée à l'adresse suivante : ftp://ftp.clermont.cemagref.fr/pub/lisc/edwards

Publications 2004-2005

• 2005
  • M. Edwards, N. Ferrand, F. GOREAUD, S. Huet : “The relevance of aggregating a water consumption model cannot be disconnected from the choice of information available on the resource”, Simulation Modelling Practice and Theory, vol. 13 (4), pp. 287-307, (Elsevier) (2005)
• 2004
  • M. Edwards : “Proposition d’outils pour évaluer la pertinence de descendre au niveau individu-centré pour des modèles d’utilisation de la ressource couplés à des modèles de ressource.”, soutenance de thèse, soutenance 17/09/2004, direction de recherche Briot, Jean-Pierre, co-encadrement : Alvarez, Isabelle, Deffuant, G. (2004)