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Laboratoired’InformatiqueetdeMathématiques-UniversitédeLaRéunion
THESE
pourl’obtentiondu
Doctoratdel’UniversitédeLaRéunion
(spécialité:informatique)
par
Daniel DAVID
ProspectiveTerritorialepar
SimulationOrientéeAgent
Thèseprésentéeetsoutenuepubliquementle4décembre2010
Rapporteurs: Bernard MOULIN - Professeur
UniversitéLaval,Quebec,Canada
Jean Pierre M ÜLLER - DirecteurdeRecherche
CIRAD/LIRMM,Montpellier
Examinateurs: Pierre CHEVAILLIER - MaîtredeConférencesHDR
LISyC,ENIB,UniversitéEuropéennedeBretagne
Michel DIMOU - Professeur
PIMENT,UniversitédeLaRéunion
Gilles LAJOIE - Professeur
UMRESPACE DEV,UniversitédeLaRéunion
Directeur: Rémy COURDIER - Professeur
LIM/IREMIA,UniversitédeLaRéunionRemerciements
Merci à Jean Pierre Müller et Bernard Moulin d’avoir accepté de prendre sur leur temps
précieux pour être les rapporteurs de cette thèse. Merci aussi et surtout pour les échanges pro
ductifsquej’aieulachanced’avoiravecvous,devisuouparvoieélectronique,pré soutenance
oupost soutenance.
MerciàPierreChevaillierd’avoiracceptédeparticiperaujurydecettethèse.C’esttoujours
un plaisir d’échanger des idées avec toi depuis notre rencontre lorsque tu nous avais accueillis
àBrestpourlesJFSMAen2008.
Merci à Gilles Lajoie et Michel Dimou d’avoir également contribué à l’évaluation de cette
thèse. Au delà de votre professionnalisme et de votre sympathie, vous avez donné à mon jury
unedimensionpluridisciplinairequimetientparticulièrementàcoeur.Mercipourça.
Merci à Rémy Courdier, mon directeur de thèse, de m’avoir encadré durant ces quelques
années.Maissurtoutmerciparcequ’aufildutempsj’aidécouvertquej’avaislachanced’avoir
un directeur dont les qualités humaines dépassent de loin celles d’un simple encadrant, et ça,
franchement,çaaidebeaucoup.
Merci àDenis Payet, sans quiunegrandepartiedemestravauxn’auraitjamaispuvoirle
jour. C’est là un modèle d’esprit scientifique - à la fois têtu, ouvert, farfelu et brillant - que j’ai
lachancedecôtoyerdepuisquatreans.
Merci à Tiana Ralambondrainy, Nicolas Sébastien et Yassine Gangat qui ont partagé mon
bureau et sont devenus mes amis. Tiana, merci pour ton calme et ta sérénité à toute épreuve;
Nicolas, merci pour bien plus de choses que tu ne l’imagines; et Yassine, merci surtout pour
avoir apporté un peu de fraîcheur après mes années passées enfermé avec les individus précé
demmentnommés!
Merci à Aurélie Botta, William’s Daré, Sigrid Aubert et à tous les membres du projet DO
MINO d’avoir été les premiers à me donner ma chance dans le monde du travail en m’ac
cueillant au CIRAD en tant que VCAT au sortir de mon Master 2. Je n’imaginais alors pas à
quelpointcetteexpérienceallaits’avérermarquantepourlasuitedonnéeàmajeune"carrière".
Merci à tous les personnels de l’université de La Réunion qui m’ont apporté leur aide et
leur soutien au cours des dernières années, essentiellement les membres du Laboratoire d’In
formatiqueetdeMathématiquesettoutel’équipeduPôleRecherche.
Merci aux amis de mon quartier, la Grande Montée : Cédric, Laurent, Patrick, Johan,
Claude Michel,Henri,Stan,Alexandre,Yann,Ludovicettouslesautres,avecunepenséepar
ticulièrepourlesmembres"historiques"duCVSP.Vousêteslàdepuistoujoursetvucomment
vousêtesj’ailavagueimpressionquevoussereztoujourslà.Jevousdoisbeaucoup,merci.ii
Merci aux amis qui me sont proches depuis le collège et le lycée : Alexandrine, Teddy,
Samuel,EvelyneetVirginie.Enparticulier,merciàAlexd’avoirjouélapsydeservicependant
les inévitables moments de doute que j’ai pu avoir durant cette thèse, mais surtout merci de
m’aiderdepuistantd’annéesàmieuxcomprendrecequec’estquel’amitié.
Merciàceuxquisontrestésmesamisdepuisnospremièresannéesdefac:Christophe,Loic
et Gil, avec une mention spéciale pour ce dernier. Un jour il y a bien longtemps j’avais rigolé
en parlant de toi comme étant "Gil Payet, mon ami exceptionnel". Aujourd’hui je crois que je
ne mesure toujours pas à quel point il y avait du vrai là dedans. Alors merci d’être mon Ami,
toutsimplement.
Merci à tous ceux dont j’ai eu la chance que la vie les ait mis sur mon chemin, essentiel
lement : Lilian, Romain, Emmanuelle, Aurélie, Julie, Tony, Sébastien, Georges, Safia, Nirmal,
Karine, Alice, Pascale, Gaëlle, Audrey, Marie, Mayeul, Ulrich, Didier, Mickael, Laetitia, In
dira, Magali, Géraldine, les Charrier, les Payet, les Chouzier, les Ralchy... et tant d’autres que
j’oubliedeciteraujourd’huimaisqui,jel’espère,nem’entiendrontpastroprigueur.
Merci à Zine, Félin, Puce, Pilou et tous les autres pour avoir été de merveilleux compa
gnons;merciàOlivieretAngelopourm’avoirapprisàrêver;etmerciàSimba,Nala,Toulouse,
MarieetBerliozpourm’avoirsisouventapaisé.
Enfin, tout simplement, un immense merci à ma famille et en particulier à mes parents.
Pourtout,depuistoujours.-Etoùt’installerais tu,avectacompagniederêveurs?
- Là où il y a de quoi semer du grain, de quoi se bâtir un abri. Sur une terre
librepourqu’onnenousladisputepas.Etfacileàdéfendrecarnousneplairons
pas,c’estsûr,àtoutlemonde.Uneîlepeut être,etpointtropvaste.C’estcomme
ungrandbateauuneîle,çadoitpouvoirsedirigerdepareillefaçon.
D.Vaxelaire-LesMutinsdelaLiberté.Tabledesmatières
Introductiongénérale 1
Contexteetmotivations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Larecherchedansl’équipeSMARTduLIM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Problématiqueetobjectifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Organisationetchronologiedestravaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
I Etatdel’artetréflexionssurlasimulationetlanotiond’émergence 11
1 Modélisationetsimulationpourlaprospectiveterritoriale 13
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2 Modéliseretsimulerdessystèmescomplexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.2.1 Quelquesdéfinitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.2.2 Modéliseretsimuler,pourquoifaire? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.3 Commentfaire?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.3 ModélisationetSimulationOrientéeAgent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.3.1 Méthodologiesdeconceptiondesimulations . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.3.2 LesSystèmesMulti Agents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.3.3 LaSimulationOrientéeAgent. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.4 ProspectiveterritorialeetSimulationOrientéeAgent . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.4.1 Laprospectiveterritoriale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.4.2 Quelquesréalisationsdel’équipeSMARTduLIM . . . . . . . . . . . . . . 29
1.4.3travauxetréalisationsconnexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2 Lanotiond’émergence 39
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.2 L’émergence? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.2.1 Positionnementetprécisions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.2.2 Quelquesexemplessimplesetvisuels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41vi Tabledesmatières
2.2.3 Histoire"récente"del’émergence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.3 Définitionsetclassifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.3.1 Définitionscélèbresetconceptstransversaux . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.3.2 Oppositionsetclassifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.4 Emergenceetsimulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.4.1 Emergenceetapprochesdemodélisationmulti niveaux . . . . . . . . . . 54
2.4.2 Emergenceetoutilsdesimulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
2.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
II Propositionsconceptuelles,méthodologiquesetarchitecturalespourlaprise
encomptedel’émergencedanslesSOA 61
3 Voirl’émergencecommeuneméta connaissance 63
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.2 L’émergence,uneméta connaissance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.2.1 L’importanceducontexte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.2.2 Laméta connaissance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.2.3 Méta connaissanceetprocessusd’ingénieriedesconnaissances . . . . . . 67
3.2.4 Définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.3 Prendreencomptel’émergencedansuneméthodologiedeconceptiondeSOA . 69
3.3.1 Versunepriseencomptedel’émergencesurleplanméthodologique. . . 69
3.3.2 RetoursurlesméthodologiesdeconceptiondeSOA . . . . . . . . . . . . 70
3.3.3 Quelleestlaplacedel’émergencedanscesméthodologies? . . . . . . . . 71
3.3.4 Méthodologiedeconceptiondesimulations . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4 MéthodologiederéificationdesphénomènesémergentsdansuneSOA 77
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.2 Réifierl’émergence:ladétecteretlamatérialiser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.2.1 Détection,matérialisation,réification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.2.2 Troisquestioncomplémentaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.3 Phasededétectiondesphénomènesémergents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.3.1 Veut ondétecterunphénomèneémergent? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.3.2 Commentestdéclenchéecettedétection? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.3.3 Aquelniveaudoitsefairecette? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.3.4 Bilanetanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
4.4 Phasedematérialisationdesphénomènesémergents . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.4.1 Lephénomèneémergentdoit ilêtrematérialisé? . . . . . . . . . . . . . . 85
4.4.2 Aquelniveaudoitsefairecettematérialisationéventuelle? . . . . . . . . 86
4.4.3 Commentestdéclenchéecette? . . . . . . . . . 87