Les travaux présentés dans cette thèse portent sur le thème de la modélisation et de l’aide à la décision dans le cadre des systèmes complexes. Plus précisément, nous nous intéressons au couplage de simulations orientées agent à une méthode de résolution de problèmes inverses. Une architecture générique de système d’aide à la décision est ainsi proposée. Ces travaux sont appliqués à la conception d’un système d’aide à la décision dédié à l’entomologie médico-légale. Cette discipline à mi-chemin entre la criminalistique et l’entomologie vise à concevoir des méthodes de datation de la mort basées sur des indices entomologiques, i.e., les insectes (principalement des diptères nécrophages) ou restes d’insectes retrouvés sur ou à proximité du corps. Ainsi, dans le cadre de ce travail réalisé en collaboration avec le laboratoire d’entomologie médico-légale de l’Institut de Médecine Légale de Lille, nous présentons : • un modèle à base d’agents permettant de simuler le développement des diptères nécrophages dans un environnement complexe (e.g., un corps situé dans un écosystème donné), en prenant en compte plus de paramètres que les méthodes classiques, • une implémentation de l’architecture de système d’aide à la décision évoquée plus haut, basée sur ce modèle. / The work presented in this thesis deals with modelling and decision support issues in the context of complex systems. Specifically, we investigate the coupling of agent-based simulations and inverse problem resolution methods. Thus, a generic architecture of decision support system is proposed. We identify two problems related to the implementation of this architecture: the validation of simulation parameters and the observation of agent-based simulations. We offer some answers to solve them. The notion of inverse problem is redefined in the context of decision support in a multi-model framework. Therefore, a resolution method and heuristics, based on ideas from works on abductive reasoning, are proposed. This work is then applied to the conception of a decision support system dedicated to forensic entomology. This research area, midway between forensic sciences and entomology, aims to develop post-mortem estimation methods based on entomological indices, i.e., insects (mainly necrophagous diptera) or insect remains, sampled on or around the cadaver. In the context of this work, done in collaboration with forensic entomology laboratory of the Legal Medicine Institute of Lille, we present: • an agent-based model of necrophagous diptera in a complex environment such as a dead body in a specific ecosystem, taking into account more parameters than conventional methods, • an implementation of the decision support system architecture mentioned above, based on this model.

L'objectif initial de cette thèse est d'apporter une solution à ce problème en proposant, premièrement, une approche cognitive basée sur le paradigme appelé Belief-Desire-Intention (BDI) pour représenter les processus de prise de décision des acteurs humains, et deuxièmement, une validation de cette approche dans le contexte d'un modèle complet de changement d'usage des sols dans lequel la plupart des facteurs cités ci-dessus sont également simulés. Le résultat de ce travail est une approche générique qui a été validée sur un modèle intégrant le changement d'usage des sols d'une région située dans le Delta du Mékong au Vietnam. Nos contributions principales sont les suivantes : Intégration d'une architecture BDI au sein d'une plateforme de modélisation à base d'agents (GAMA) ; Conception d'un cadre générique baptisé " Multi-Agent Based Land-Use Change " (MAB-LUC) permettant de modéliser et de simuler les changements d'usage des sols en prenant en compte les décisions des agriculteurs ; Proposition d'une solution permettant d'intégrer et d'évaluer les facteurs socio-économiques et environnementaux dans le cadre de la planification agraire et d'intégrer MAB-LUC dans le processus existant proposé par la FAO. Ce travail, au-delà du cas d'étude concernant le Delta du Mékong, a enfin été conçu de façon générique afin que la méthodologie utilisée puisse être généralisée à la modélisation de systèmes socio-écologiques où les facteurs humains doivent être représentés avec précision. / Integrated modeling approaches (multi-simulation, multimodeling, etc.) have proven challenging in practice. The first challenge deals with the technical aspects of coupling different computational or mathematical components. The second challenge lies in the alignment of the semantics of these components so that their integration does make sense, which is particularly critical in pluridisciplinary models. A number of approaches have been proposed in the last 20 years but none of them is really suitable to our context . We propose in this thesis an alternate approach, called co-modeling, which borrows concepts and tools from agent-based modeling, agent-oriented software engineering and multimodel ecologies. Simply speaking, a co-model can be defined as a multi-agent system of models and datasets. Each model or dataset is represented by one or several agents interacting with one another within the context of a larger representation of their — potentially dynamic — environment. The proposed approach does not aim at providing a general solution to the two challenges above, but at providing a framework in which modelers can easily implement their solution or test different coupling solutions. The proposed approach is fully implemented within the GAMA agent-based modeling platform. Its advantages are shown in terms of flexibility, composability and reusability in a number of case studies. The first case study is the dynamic coupling of equation-based and agent-based models to obtain “switching” models dynamically. The second one is the design of a complex integrated model where three formalisms and four modeling approaches have been successfully coupled.

Dans cette thèse nous proposons à la communauté scientifique une méthode alternative d'analyse des interactions et de la cognition découlant de la gestion des ressources naturelles. Le système créé se nomme SIEGMAS (Stakeholders Interactions in Environmental Governance by a Multi-Agent System). Il s'agit d'un outil d'aide à la décision reposant sur la simulation des interactions entre les agents agissant sur un territoire dans la gouvernance des ressources naturelles via une interface socio-économique et environnementale. L'objectif de SIEGMAS est double. D'une part, il s'agit d'offrir un modèle agent générique réutilisable dédié à la communauté scientifique pour la gestion des ressources naturelles. D'autre part, l'objectif consiste à offrir un cadre de solution informatique adaptée aux décideurs du milieu économique et politique pour la prise de décisions. Pour ce faire, nous avons créé un modèle de représentation de la gestion des ressources naturelles dans la zone Océan Indien en considérant tout spécialement les déviances. Ce modèle se base sur des règles différenciées en fonction des interactions et stratégies entre agents à différents endroits afin d'apporter des informations et l'identification des impacts spatialisés. En créant ce système computationnel simulable, nous développons un cadre méthodologique pour initialiser et exploiter les résultats du modèle simulé adapté à la prise de décisions pour trois territoires de l'Océan Indien : La Région de La Réunion et deux régions de Madagascar (Analamanga et Itasy). / In this thesis, we propose to the scientific community an alternative method of analysis from the interactions and cognition coming from the management of natural resources. The created system is called SIEGMAS (Stakeholders Interactions in Environmental Governance by a Multi-Agent System). It's a Help tool to the decision on the simulation of interactions between stakeholders acting on a territory in the Common-pool resources via an environmental, social and economic interface. The aim of the SIEGMAS is double. on the one hand, It is a matter of giving a generic, model agent re-usable dedicated to the scientific community for the management of natural resources. On the other hand, the aim consists on giving a framework of computer solution adapted to the decision-makers of politic and economic area for the decision making.

Aedes aegypti est le vecteur principal de la dengue et du virus Zika. La surveillance et le contrôle vectoriels constituent des armes de première ligne pour lutter contre les arboviroses transmises par ce moustique. Dans ce cadre, cette thèse propose un modèle conceptuel (MODE) qui permet de reproduire in silico l'environnement dynamique d'Aedes aegypti aux échelles auxquelles sont organisées (échelle de la ville - MODE-macro) et menées (échelle du quartier -- MODE-micro) les campagnes de lutte anti-vectorielles. L'environnement ainsi généré peut (1) être intégré à un modèle à base d'agents qui permet alors de simuler le système pathogène complexe de la dengue ou du Zika (environnement - vecteur - hôte - virus) et (2) être utilisé pour cartographier l'aléa environnemental du risque vectoriel dans la ville. Le modèle conceptuel MODE repose sur une approche phénoménologique transposable dans le temps et dans l'espace : il peut être appliqué dans différents contextes urbains, à différentes périodes et à différentes échelles. Afin de garantir sa généricité spatio-temporelle, les modèles informatiques MODE-micro (échelle du quartier) et MODE-macro (échelle de la ville) ont été implémentés dans le but de générer des environnements dynamiques à partir de données libres ou aisément accessibles. Dans ce travail, les potentialités de MODE ont été évaluées à Delhi (Inde) et Bangkok (Thaïlande). Les connaissances issues de l'étude des relations dynamiques, multifactorielles et non-linéaires entre l’environnement et le vecteur devraient permettre d’améliorer les stratégies de surveillance et de contrôle. / Aedes aegypti is the main vector of dengue and Zika virus. Surveillance and vector control are frontline weapons in the battle against arboviruses transmitted by this mosquito. In this framework, the following thesis introduces a conceptual model (MODE) which can be used to recreate in silico the dynamical environment of Aedes aegypti at scales that match the ones at which vector control campaigns are organised (city scale - MODE-macro) and performed (neighbourhood scale - MODE-micro). The environment thus generated can be integrated with an agent-based model to simulate dengue or Zika complex pathogenic systems (environment - vector - host - virus) and can be used to map the environmental hazard of the vectorial risk in a city. The conceptual model MODE is based on a phenomenological approach that is transferable in time and space : it can be applied in different urban contexts, at different periods of time and at different scales. In order to ensure their spatio-temporal genericity, the computer models MODE-micro (neighbourhood scale) and MODE-macro (city scale) have been implemented for the purpose of generating dynamical environments using open or easily accessible data. In this thesis, MODE's potentials were assessed in Delhi (India), and Bangkok (Thailand).Knowledge resulting from the study of the dynamic, multifactorial and non-linear relationships between the environment and the vector should lead to the improvement of vector surveillance and control strategies.