Dans le contexte de la modélisation multi-agent pour la gestion concertée de ressources renouvelables, la thèse propose une réflexion sur la représentation de niveaux d'organisation multiples et enchevêtrés d'un système. Le formalisme Agent-Groupe-Rôle (AGR), issu de la recherche informatique est spécifié en vue de l'identification et de la manipulation des niveaux d'organisation d'un système, et des comportements des entités du système au sein de ces niveaux d'organisation. Une méthodologie de conception d'un modèle AGR, ainsi qu'une implémentation du formalisme sur une plate-forme multi-agent sont proposées. Le développement et les tests de modèles AGR de la gestion de l'eau agricole dans la basse-vallée de la Drôme démontrent la capacité du formalisme AGR à (1) expliciter des hypothèses sur des modes d'actions, des échelles ou des points de vue, implicites dans des modèles multi-agents plus classiques (2) produire aisément des scénarios incorporant des règles collectives variées, et des comportements de mise en oeuvre de ces règles variés (3) générer des briques génériques de modèles de bassin versants irrigués.

Dans ce travail, nous présentons une approche de couplage de modèles orientée agent pour la modélisation des systèmes complexes spatiaux. L’idée principale est d’utiliser l’espace comme medium d’interaction entre les modèles à coupler pour leur permettre de coexister et d’interagir conformément à un ensemble de règles qui régissent ces interactions. En jouant le rôle de facteur de couplage, l’espace permet aux agents chargés du couplage d’échanger des données et nous permet d’observer les résultats concrets du couplage des différents modèles constituant le système complexe spatial étudié. Cette approche est composée d’une méthodologie et d’un métamodèle de couplage orienté-agent. Notre métamodèle est basé sur une architecture organisationnelle (AGRE) et de type holonique qui prend en considération la spécificité, l’autonomie et l’échelle de calcul de chaque modèle. Cette notion de holon nous permet de gérer l’hétérogénéité des formalismes et des échelles spatio-temporelles des modèles. En effet, l’hétérogénéité spatiale est gérée par la décomposition des agents de collecte et de spatialisation jusqu’à atteindre le niveau d’abstraction souhaité. Ces agents peuvent passer d’un niveau à l’autre en adaptant l’échelle spatiale de l’espace à l’échelle spatiale du modèle grâce à des fonctions de conversion. L’hétérogénéité temporelle est gérée par un agent de temps qui permettra de calculer la future date d’exécution du modèle et un agent scheduler qui se chargera de l’ordonnancement de ces dates sur l’échelle de temps de la simulation. Nous prenons le système urbain de Métouia (Tunisie), comme exemple de système complexe spatial à étudier pour répondre aux besoins des urbanistes en termes d’aide à la décision en aménagement et tester notre approche de couplage coupling4modeling. / In This work we present an agent-based approach for coupling models in the context of complex spatial systems. The main idea of our approach called Coupling4Modeling is the use of the space as a medium of interactions between the coupling agents to allow them to co-exist and interact according to a set of rules that govern these interactions. By playing the role of coupling factor, space allows coupling agents to exchange data and to observe the results of pragmatic coupling of different models constituting the studied spatial complex sys-tem. This approach consisting in a methodology and an agent-oriented metamodel of coupling. Our metamodel is based on an organizational (AGRE) with holonic architecture that takes into consideration the specificity, autonomy and the calculation scale of each model. This notion of holon allows us to manage the heterogeneity of formalisms and spatio-temporal scales of models. In fact, spatial heterogeneity is managed by the decomposition of the collector and the interpreter agents until reaching the desired level of abstraction. These agents can move from one level to another by adapting the spatial scale of the space to the spatial scale of the model through conversion functions. The temporal heterogeneity is managed by a time agent that will calculate the future date in the execution of the model and a scheduler agent that will schedule these dates following the time scale of the simulation. We take the urban system of Metouia (Tunisia) as an example of spatial complex system, to study with details and to test our coupling4modeling approach. The main goal is to meet the needs of urbanists in terms of decision support in urban planning and to test our coupling approach coupling4modeling.

A partir du concept de système énergétique territorial (SET), défini comme le couplage d'un système territorial et d'un système énergétique, et après avoir examiné la situation actuelle et la possibilité d'une transition énergétique d'un SET, nous modélisons la transition du système électrique de La Réunion, avec un modèle informatique à base d'agents, développé sur la plateforme Anylogic. Dans ce modèle, les centrales de production et les postes sources, localisés dans les IRIS et connectés au réseau, constituent l'interface d'échange entre les deux sous-systèmes en couplage. La dynamique du modèle repose sur deux niveaux de temporalités emboitées. L'interaction entre la dynamique territoriale et la dynamique énergétique est réalisée grâce à la simulation horaire des ressources (solaire, éolienne, hydraulique) et de la demande (courbes de charge), basée sur des observations horaires réelles (météorologiques, courbes de charge, etc.), et calibrée avec les statistiques de production et de consommation de l'année de référence. Les scénarios d'évolution, structurés par des hypothèses sur la demande et la production, s'inscrivent sur plusieurs dizaines d'années avec une granularité annuelle. Ils permettent de comprendre l'effet de différentes combinaisons de paramètres (seuil de saturation du PV, stockage, taux de couverture du PV, demande, etc.) et d'acquérir ainsi des connaissances sur la manière dont peut évoluer le système énergétique. Ceci permet de proposer des pistes de réflexion sur les politiques à mener en fonction des objectifs visés (réduction des gaz à effet de serre, maîtrise du prix d'énergie, développement des renouvelables...).

Dans les territoires irrigués exposés aux crises de gestion quantitative de l’eau, la sévérité des étiages dépend des interactions entre systèmes de culture, situations pédoclimatiques, hydrologie, lâchers d’eau et restriction d’irrigation. Dans de nombreuses situations, l’absence de nouvelles solutions de stockage et les tensions entre gestionnaires et usagers de l’eau rendent nécessaire la planification des étiages. Mes travaux explorent le potentiel de « la gestion spatiale » de l’eau pour mettre en adéquation la dynamique des prélèvements pour l’irrigation avec celle de l’offre en eau disponible (naturelle et stockée). Je propose une méthodologie participative de conception-évaluation d’organisations territoriales des activités agricoles, déployée sur l’aval du bassin versant de l’Aveyron (800 km²), en trois étapes: (1) modéliser le système socio-agro-hydrologique, (2) concevoir des alternatives de distribution spatiale des systèmes de culture, (3) conduire une évaluation intégrée des alternatives face à la variabilité climatique observée. Ces travaux combinent des méthodes, connaissances et outils « hard and soft », et font usage de la plateforme de simulation multi-agent MAELIA. Le processus a permis de formaliser des visions d’acteurs et de poser les bases d’une concertation multi acteur. Cependant la simulation des impacts de ces alternatives a montré leurs limites pour régler le problème de déficit structurel en eau. Cette démarche pourrait être prolongée pour aboutir à des propositions opérationnelles. / In irrigated landscapes exposed to quantitative water management crisis, the intensity of low flows depends on interactions between cropping systems, pedoclimatic situation hydrology, water releases and withdrawal restrictions. In many situations there are no opportunities for more water storage, thus tensions occur between water managers and users, which makes the planning of water demand dynamics necessary. My work explores the potentials in the “spatial management of water” to align the water demand dynamics with natural and stored water availability. I present a 3 step, participatory method to design and assess agricultural landscapes: (1) model the Social-Agro Hydrological system, (2) design alternative spatial distribution of the cropping systems, (3) carry an integrated assessment of those alternatives based on observed climatic variability. This method combines “hard” and “soft” methods, knowledge and tools, and uses the MAELIA multi-agent simulation platform. I tested the method tested in the downstream area of the Aveyron River (800 km² Southwestern France). It allowed to formalize the actors’ visions on alternative distributions of the cropping systems. However they showed to be limited in solving the water deficit issue. The method could be continued to reach operational proposals.