Proposition de sujet de Thèse

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Proposition de sujet de ThèseUnité de recherche : LISC Université d'inscription : Blaise Pascal ou UPMCGroupement : Clermont-Ferrand Encadrants : I. Alvarez et S. MartinDépartement : Direction Scientifique Localisation : Clermont-FerrandTR : Modelix Disciplines : intelligence artificielle etEncadrant universitaire : J-P. Briot ou G. Deffuant mathématiques appliquéesEcole doctorale : SPI (Blaise Pascal) ou EDITE(UPMC)Sujet : Intégrer des modèles de viabilité dans les outils d’aide à la gestion participative deterritoires protégés.Problème poséLa gestion des territoires dans lesquels les tensions entre les différentes fonctions d'usage (agriculture vivrière ouintensive, habitat, conservation de la biodiversité, etc.) sont manifestes s'oriente, sous la pression sociétale, versun processus de décision où l'ensemble des acteurs concernés est impliqué. Dans le passé, ce processuscomprenait principalement les représentants de l'état et des experts mandatés pour émettre des recommandations.L'alternative la plus considérée est la gestion participative, processus de décision dans lequel l'ensemble desacteurs élabore la définition du problème et sa solution. Ce mode de décision met l’accent sur la connaissance dechaque acteur, et l’utilisation de modèles formels est plus difficile dans ce cadre. Le problème que nousconsidérons dans cette thèse est la possibilité d’utiliser, dans le cadre de l'assistance à la gestion participative desterritoires, des modèles de ...

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Proposition de sujet de Thèse
Unité de recherche : LISC Université d'inscription : Blaise Pascal ou UPMC
Groupement : Clermont-Ferrand Encadrants : I. Alvarez et S. Martin
Département : Direction Scientifique Localisation : Clermont-Ferrand
TR : Modelix Disciplines : intelligence artificielle et
Encadrant universitaire : J-P. Briot ou G. Deffuant mathématiques appliquées
Ecole doctorale : SPI (Blaise Pascal) ou EDITE
(UPMC)
Sujet : Intégrer des modèles de viabilité dans les outils d’aide à la gestion participative de
territoires protégés.
Problème posé
La gestion des territoires dans lesquels les tensions entre les différentes fonctions d'usage (agriculture vivrière ou
intensive, habitat, conservation de la biodiversité, etc.) sont manifestes s'oriente, sous la pression sociétale, vers
un processus de décision où l'ensemble des acteurs concernés est impliqué. Dans le passé, ce processus
comprenait principalement les représentants de l'état et des experts mandatés pour émettre des recommandations.
L'alternative la plus considérée est la gestion participative, processus de décision dans lequel l'ensemble des
acteurs élabore la définition du problème et sa solution. Ce mode de décision met l’accent sur la connaissance de
chaque acteur, et l’utilisation de modèles formels est plus difficile dans ce cadre. Le problème que nous
considérons dans cette thèse est la possibilité d’utiliser, dans le cadre de l'assistance à la gestion participative des
territoires, des modèles de l’environnement basé sur la viabilité.
Enjeu
La gestion des territoires était perçue par le passé comme un compromis entre différents points de vue,
correspondant aux différentes fonctions d’usage (habitat, transport, agriculture vivrière ou intensive, loisir,
tourisme, conservation de la biodiversité, etc.). La nouvelle perception des interactions entre nature et société
(Caseau, 2002) conduit à une approche multi-disciplinaire de la gestion des territoires, et non plus une approche
multi-experts. Parallèlement, on a pu assister à une évolution de la place de l’expert dans les processus de
décision : l’expert est de plus en plus amené à motiver ses avis face à d’autres acteurs qui participent à la prise de
décision, et sa responsabilité peut être plus facilement mise en cause en cas de crise (Duby, 1998). Ces deux
évolutions ont suscité une demande de plus en plus marquée vers la recherche, pour le développement de
nouveaux outils fiables d'aide à la gestion et d'aide à la décision sur les questions environnementales (voir en
particulier les travaux du programme Environnement, Vie et Société du CNRS, de 1994 à 1998). On assiste
d’une part au renouvellement de la recherche sur des modèles de l’environnement, comme avec les travaux sur la
résilience de Martin (2005), d’autre part au développement de nouveaux outils d’aide à la gestion participative
(comme le réseau ComMod, voir Bousquet et al, 06). Les approches de gestion participative reconnaissent
l’intérêt de l’utilisation des modèles de simulation (Barreteau , 2003), (Barreteau , 2007). Mais leur intérêt se
porte surtout sur la simulation sociale (modélisation des agents, règles de fonctionnement, etc.) Sans imposer des
prescriptions techniques précises, l’approche de la viabilité permettrait de vérifier que les options de gestion
envisagées respectent les contraintes et les objectifs que les acteurs se sont eux-mêmes fixés.
L'enjeu de la thèse est de faciliter la prise en compte des travaux sur l’analyse de la viabilité des modèles de
l'environnement (systèmes écologiques et sociaux), dans les outils d'aide à la gestion participative des territoires.
En effet, il s’agit d’intégrer des modèles de viabilité dans un processus d'aide à la gestion participative, de
manière à apporter aux acteurs des connaissances liées à la viabilité des systèmes. Dans une situation réaliste
mais contrôlée, où des expérimentations sont envisageables, du fait de l’informatisation du jeu de rôle, la thèse
permettra d’examiner la faisabilité de l’utilisation de ces connaissances et leur impact sur la qualité de la
solution de gestion.
Objectifs
L’objectif de la thèse est d’étudier la possibilité, dans une approche participative de la gestion des territoires
assistée par ordinateur, de recourir à des modèles de la viabilité des dynamiques des socio-agro-écosystèmes en
interaction. Le calcul de la résilience permettra à chaque acteur d'évaluer la qualité des solutions proposées.Contexte
Dans le cadre de son thème de recherche, le LISC participe au développement de méthodes pour l’ingénierie de
l’environnement, dans le cadre de projets nationaux ou européens. En particulier, le LISC s’intéresse à la
formalisation des concepts de développement durable (Martin, 2005 ; projet ANR DEDUCTION), et au
développement d’outils informatiques pour l’étude de ces concepts (Chapel, 2007 ; projet européen PATRES).
Le LISC développe parallèlement des méthodes d’explication des résultats adaptées à ces concepts (Alvarez et
al, 2008) et un outil d'aide à l'exploration et à l'analyse de modèles de simulation (Faure & Deffuant, 2006 ;
projet SimExplorer). Ces travaux permettent au LISC d’afficher sa compétence dans le domaine de la
modélisation de la résilience des systèmes. En effet, Martin (2004) a proposé une définition mathématique
rigoureuse de la résilience au sens de Holling (1973), publiée dans le journal du réseau Resalliance. Cette
définition associée aux outils de la théorie mathématique de la viabilité (Saint-Pierre 1994; Chapel 2007) permet
d'évaluer la résilience lorsque la dimension des modèles n'est pas trop grande.
Le cadre d’étude de la thèse est l’aide à la gestion participative de parc naturel, pour laquelle de nombreux
travaux ont été réalisés ces dernières années (voir les nombreuses références de l’IUCN World Conservation
Forum, Barcelone, 2008). En particulier, le LIP6 collabore avec des universités brésiliennes, dont l’UFRJ de Rio,
pour la réalisation d’une plate-forme SimParc d’aide à la gestion de parc naturel (Briot et al, 2008). Cette plate-
forme a pour objectif la formation de gestionnaires de parc national au Brésil, ainsi que l’exploration de
scénarios. Les travaux en cours autour de cette plate-forme permettent de l’utiliser en vue d’expérimentations
réalistes répétées. En effet, elle est implémentée pour des parcs fictifs mais inspirés de parcs réels (parc national
de Tijuca, Rio de Janeiro, Irving et al, 2007), et le jeu de rôle peut impliquer des personnages réels ou artificiels
(Sordoni, 2008).
Description du sujet
La thèse consiste à examiner les possibilités de prise en compte des modèles de l'environnement, plus
particulièrement des modèles de viabilité et de résilience, dans le processus de gestion participative.
Concrètement, il s’agit de concevoir et d’intégrer un agent expert en théorie de la viabilité et de la résilience dans
le cadre de la plate-forme SimParc.
Le sujet comprend plusieurs facettes qui devraient être examinées au cours de la thèse, et qui conditionneront
l’architecture de l’agent expert.
- Définition du rôle de l’agent expert.
Plusieurs rôles sont envisageables : l’agent expert peut assister les joueurs pour leur permettre d’évaluer la
qualité de leur proposition, il peut leur permettre d’évaluer les propositions des autres joueurs, il peut
éventuellement être une force de proposition. Ces différents rôles, les contraintes qu’ils engendrent au niveau des
modèles de viabilité et des interfaces avec les acteurs, devront être examinés pendant la thèse, avec l’aide de
l’INCT-PPED (Institut National de Sciences et Technologies de Politiques Publiques, Stratégies et
Développement, UFRJ).
- Instanciation des contraintes et des modèles.
Le recueil des connaissances sur les dynamiques, le choix des modèles et la reconstruction des dynamiques
seront effectués par ailleurs (par un ingénieur de recherche ou un post-doctorant), de manière à fournir une base
de modèles disponibles, à partir desquels il est possible d’effectuer une étude de viabilité. La principale difficulté
posée pour l’agent expert consiste à définir les contraintes de viabilité et à sélectionner les modèles dans cette
base, à partir des demandes des acteurs au cours d’un jeu de rôle.
- Étude de viabilité.
La thèse comprend la réalisation de plusieurs petits modules d’évaluation de la résilience des fonctions du parc
jugées essentielles en fonction des dynamiques induites par les propositions des différents acteurs et de leurs
objets d’intérêt.
L’étude de viabilité (calcul de noyau, de bassin de capture, de cartes de résilience) pourra être faite off-line ou en
direct suivant les contraintes d’instanciation, en utilisant l’algorithme direct ou la plate-forme Kaviar du LISC.
Des adaptations de l’algorithme de viabilité seront éventuellement étudiées suivant les besoins.
- Présentation des résultats aux acteurs.
La présentation aux acteurs des résultats de l’étude de viabilité donnera lieu à une étude particulière pendant la
thèse. Les acteurs n’étant pas nécessairement familiers de cette notion, la présentation des résultats peut être
cruciale. Les méthodes géométriques (Alvarez et Martin, 2009) seront employées dans ce but.- Évaluation de l’apport de l’agent expert.
Pour évaluer l’impact de ces agents, il sera nécessaire de conduire des sessions de jeu avec ou sans agent expert,
et en faisant varier le degré « participatif » du processus, ce qui est possible au sein de la plate-forme.
L’utilisation de modèles incomplets ou mauvais sera examinée. L’utilisation de jeux avec agents artificiels
devrait permettre de réaliser un protocole d’expérimentation de taille suffisante pour évaluer les résultats.
Partenariats
La thèse se fera en partenariat avec le département DESIR (DÉcision, Systèmes Intelligents et Recherche
opérationnelle) du LIP6 qui a développé SimParc en collaboration avec d’autres organismes. L’équipe Décision
du même département apportera ses compétences en théorie de la décision (Bouyssou et al, 2006). Les
partenaires du réseau ComMod seront sollicités sur les aspects aide à la gestion participative de la thèse.
Bibliographie
Alvarez, I. et Martin, S. 2009. Explaining a Result to the End-User: A Geometric Approach for Classification Problems. Soumis à ExaCT
2009, IJCAI workshop on explanation aware computing.
Alvarez, I., Martin, S. & Saint-Pierre, P. 2007. "Robustesse du noyau ou du bassin de capture : étude théorique". In Rapport d’avancement
scientifique Agriculture et Développement Durable EDITION 2006 - DEDUCTION - 06-PFADD-07.
Barreteau, O. 2003 The Joint Use of Role-Playing Games and Models Regarding Negotiation Processes : Characterization of Associations.
Vol. 6, No 2. [online] URL: http://jasss.soc.surrey.ac.uk/6/2/10.html
Barreteau,O. 2007. Modèles et processus de décision collective : entre compréhension et facilitation de la gestion concertée de la ressource
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Bousquet, O. et collectif ComMod. 2006. Modélisation d'accompagnement. In Modélisation et simulation multi-agents: applications aux
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Briot, J-P., E. Vasconcelos, D. Adamatti, Sebba Patto, V., M. Irving, S. Barbosa, V. Furtado et C. Lucena . 2008 "A computer-based support
for participatory management of protected areas: The SimParc project". In XXVIII Congresso da Sociedade Brasileira de Computação
(SBC'08) - Seminário Integrado de Software e Hardware ``Grandes Desafios'', pp. 1--15, Sociedade Brasileira de Computação (SBC),
Brazil, Sociedade Brasileira de Computação (SBC), Belem, PA, Brésil.
D. Bouyssou, T. Marchant et P. Perny (2006) "Aide multicritère à la décision et théorie du choix social". In Concepts et méthodes pour l'aide
à la décision 3: Analyse multicritère, IC2 Series. D. Bouyssou, D. Dubois, M. Pirlot, H. Prade (eds), Hermès.
Caseau, P. 2002. “De la boucle ouverte “pression-Etat-réponse” à la boucle complète “nature-société”. NSS, vol. 10, sippl.1. pp 80-84.
Chapel, L. 2007. « Maintenir la viabilité ou la résilience d'un système : les machines à vecteurs de support pour rompre la malédiction de la
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Duby J-J. 1998. « L'expertise scientifique : une nouvelle mission pour les chercheurs et les organismes ? ». Responsabilité et environnement,
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Faure T., Deffuant G., 2006. SimExplorer : un outil générique pour programmer et exécuter des plans d’expériences sur des modèles, 6ème
Conférence Francophone de Modélisation et Simulation. Modélisation, Optimisation et Simulation des Systèmes : Défis et Opportunités
(MOSIM'06), Rabat, Maroc
Irving, M. Briot, J-P., Burstyn, I. Guyot, P, Gustavo Melo, Altair Sancho, Davis Sansolo, Vinícius Sebba Patto, et Eurico Vasconcelos.
2007.Desenvolvendo novas alternativas metodológicas para gestão de parques nacionais: jogos de papéis e simulação informática. In
Rodrigo Medeiros and Marta de Azevedo Irving, editors, Áreas Protegidas e Inclusão Social - Tendências e perspectivas – Anais do III
Seminário Brasileiro sobre Áreas Protegidas e Inclusão Social, 11 a 14 de Novembro de 2007, Teresópolis – RJ, volume 3, pages 253-
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Martin, S. 2004. The cost of restoration as a way of defining resilience: a viability approach applied to a model of lake eutrophication.
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[online] URL: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00135007
Saint-Pierre, P. Approximation of the viability kernel. Applied Mathematics & Optimisation 29:187–209. 1994.
Sordoni, A. 2008. Conception et implantation d’un agent artificiel dans le cadre du projet SimParc. Rapport de stage M2. LIP6.