Abrami, Géraldine (2004) Levels of Organisation in agent-based modelling for renewable resources management. Agricultural water management collective rules enforcement in the French Drôme River Valley Case Study. PhD thesis Sciences de l'eau, ENGREF.

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Abstract

In the context of Agent-Based Modelling for participative renewable resources management, this thesis is concerned with representing multiple tangled levels of organisation of a system.
The Agent-Group-Role (AGR) formalism is borrowed from computer science research. It has been conceptually specified to handle levels of organisation, and behaviours within levels of organisation. A design methodology dedicated to AGR modelling has been developed, together with an implementation of the formalism over a multi-agent platform.
AGR models of agricultural water management in the French Drˆome River Valley have been built and tested. This experiment demonstrates the AGR formalism ability to (1) clarify usally implicit hypothesis on action modes, scales or viewpoints (2) facilitate the definition of scenarios with various collective rules, and various rules ienforcement behaviours (3) generate bricks for generic irrigated catchments models

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316

Table of content

Table des matières
Table des figures xiii
Liste des tableaux xix
Glossaire 1
Introduction générale 3
Partie I Pour une représentation des niveaux d'organisation: les enjeux de la thèse
Chapitre 1 Contexte: niveaux d'organisation et gestion de l'eau 13
1 Contexte méthodologique et applicatif - 14
1.1 La modélisation comme support pour la gestion des ressources renouvelables
- 14
1.2 La modélisation multi-agent - 20
2 Construction d'une réflexion autour de la gestion quantitative de l'eau dans des bassins irrigués - 27
2.1 La gestion quantitative de l'eau dans des bassins irrigués - 27
2.2 Quel niveau de complexité représenter ? - 31
2.3 Comment représenter les modes de gestion ? - 33
3 Un questionnement méthodologique autour du concept de niveau d'organisation 37
3.1 Le concept de niveau d'organisation - 37
3.2 Mise en place d'une réflexion méthodologique - 39
vii
Table des matières
Chapitre 2 Le choix du formalisme AGR 43
1 SMA et organisation - 44
1.1 Définitions sur les SMA - 44
1.2 Organisation et concepts organisationnels - 46
2 Choix d'un formalisme organisationnel - 49
2.1 Caractéristiques d'un formalisme organisationnel - 49
2.2 Approches organisationnelles en informatique et en modélisation - 51
2.3 Conclusion - 54
3 Le formalisme AGR - 57
3.1 Définitions et propriétés - 57
3.2 Travaux liés àAGR - 63
Chapitre 3 Cadre d'application: le SAGE Drôme 71
1 Acteurs et niveaux d'organisation de la gestion collective de l'eau dans la Drôme 72
1.1 Situation générale - 72
1.2 Acteurs et usages - 73
1.3 Niveaux d'organisation - 78
1.4 Informations factuelles - 83
2 L'intervention du Cemagref - 92
2.1 Contexte de l'intervention - 92
2.2 Simulation de scénarios pour la signature de l'accord local - 97
2.3 Retour vers la recherche: SMA et jeu de rôles - 98
2.4 La thèse: une étude hors des enjeux du terrain - 100
Partie II Modèles et méta-modèles: développements conceptuels, opérationnels et méthodologiques
Chapitre 4 De AGR àORIGAMI 107
1 Aspects conceptuels - 108
1.1 Le concept de rôle en informatique - 109
1.2 Le rôle: un élément de comportement contextuel - 110
viii
1.3 L'agent - 110
2 Aspects opérationnels - 111
2.1 Plate-forme utilisée - 111
2.2 Méta-modèle opérationnel - 112
2.3 Gestion du temps dans CormasAGR - 118
3 Aspects méthodologique: ORIGAMI - 124
3.1 Recommandations méthodologiques autour d'AGR - 124
3.2 Les exemples - 125
3.3 Les diagrammes de conception - 125
3.4 Les diagrammes de mise en œuvre - 141
Chapitre 5 Un modèle-jouet pour expliciter concepts et méthodologie 147
1 De GibiDrome àla situation jouet - 148
1.1 Le modèle-jouet: une version simplifiée de GibiDrome - 151
1.2 La situation-jouet - 153
2 Conception du modèle-jouet - 157
2.1 Quelles structures de groupe: structures et fonctions - 157
2.2 Quels agents: lister les entités individuelles du système - 158
2.3 Quels rôles: fonction des agents dans les groupes - 159
2.4 Aspects dynamiques - 166
3 Quelques points de mise en œuvre du modèle - 172
3.1 Règles collectives et règles individuelles - 172
3.2 Gestion des rôles: cas o`u un agent prend part àplusieurs instances d'un même groupe - 175
3.3 Gestion du temps: événements et influences - 176
4 Initialisation et paramétrage - 178
4.1 Initialisation - 178
4.2 Paramétrage - 180
Chapitre 6 Extension àdes modèles plus complexes 183
1 Du modèle-jouet àGibiAGR - 184
1.1 De 1 à3 réseaux, apparition des irrigants individuels: exploration de nouvelles connections - 185
1.2 Ajout des ressources complémentaires - 186
1.3 Nouveaux modes de lancement de l'irrigation: définition de nouvelles structures de groupe et de nouveaux rôles - 190
1.4 Comparaison entre GibiDrome et GibiAGR - 192
ix
Table des matières
2 Modèle hétérogène: de GibiAGR àGibiH - 193
2.1 Un nouveau mode d'allocation des débits - 193
2.2 Une nouvelle règle de gestion dans les réseaux - 195
2.3 Décomposition de la prise de décision sur la gestion des irrigations - 197
2.4 Diversification des stratégies des irrigants - 201
3 Présentation synthétique des 3 modèles - 208
3.1 Présentation comparée des 3 modèles - 208
3.2 Paramètres des modèles - 211
Partie III Simulations et discussions
Chapitre 7 Tests de vérification et analyse de sensibilité 221
1 Définitions et prérequis - 222
1.1 Vérification, validation, analyse de sensibilité - 222
1.2 Variables, paramètres, scénarios, simulations - 223
1.3 Prérequis valables pour tous les tests - 224
2 Tests de vérification - 226
2.1 Familles de test - 226
2.2 Définition des tests pratiqués - 229
2.3 Résultats des tests - 232
3 Analyse de sensibilité - 253
3.1 Définition des tests pratiqués - 253
3.2 Résultats des tests - 258
Chapitre 8 Bilan et discussions 279
1 Retour critique sur la méthodologie ORIGAMI - 280
1.1 Gestion de la complexité par ORIGAMI - 281
1.2 Raffinage - 283
1.3 Ouverture - 284
1.4 Expressivité - 284
2 Bilan des développements conceptuels - 285
2.1 Groupes et niveaux d'organisation - 285
x
2.2 Rôles et éléments de comportement - 289
2.3 Prise en charge de rôles multiples - 293
3 Aspects opérationnels - 298
3.1 Niveau méta: retour sur CormasAGR - 298
3.2 Impact de la gestion du temps par événements - 298
3.3 Le cas particulier de la distribution de l'eau - 300
3.4 Construction de scénarios et mise en œuvre de simulations - 301
Conclusion générale 305
Bibliographie 313
Annexes
Annexe A Fiches d'analyse de 9 modèles multi-agents de systèmes de gestion d'eau agricole 325
Annexe B Questionnaire utilisé lors des enquêtes dans la Drôme 345
B.1 Choix des agriculteurs rencontrés - 345
B.2 Guide d'entretien utilisé lors du séjour de terrain - 346
Annexe C Données sur la Drôme - Campagne de terrain juillet 2002 355
C.1 Acteurs - 355
C.2 Pratiques individuelles - 357
C.3 Pratiques et motivations - 362
C.4 Rôles multiples - 368
Annexe D Le modèle GibiDrome 371
D.1 Espace et données physiques - 371
D.2 Processus physiques - 372
D.2.1 Circulation de l'eau - 372
D.2.2 Bilan hydrique - 372
D.3 Règles de comportement des acteurs - 373
D.4 Dynamique - 376
xi
Table des matières
Annexe E Détails du modèle-jouet 377
E.1 Role Models - 377
E.2 Dynamique: vues globales - 384
E.2.1 Les différentes phases de la simulation - 384
E.2.2 Déroulement d'une journée normale durant la phase d'irrigation - 385
E.3 Dynamique: processus physiques - 386
E.3.1 Propagation du débit - 386
E.3.2 Demande et débit - 387
E.3.3 Bilan hydrique - 388
E.4 Dynamique: processus sociaux - 390
E.4.1 Initialisation de la phase d'irrigation - 390
E.4.2 Passages en période de crise - 393
E.4.3 Réalisation dans le modèle-jouet - 396
Annexe F Listing des classes des modèles 397
Annexe G Paramètres des modèles 403
Annexe H Définitions générales sur les protocoles de tests de vérification et de sensibilité 405
H.1 étapes de mise en œuvre d'un test (d'après [Saltelli, 2000]) - 405
H.2 Techniques de criblage - 406
xii

Statistiques de consultation

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