Programme > Jour 3 : TD Modélisation

Jour 3 : Modélisation 

TD1 (N. Becu, L. Vacquié) : Méthodes d’évaluation : calibration / validation des modèles

Descriptif :

L’usage de modèles prospectifs spatialisés permet de modéliser les interactions entre différentes formes d’occupation et d’usages des espaces et de comportements individuels au sein de système géographiques complexes. Appliqués à différents types de systèmes (fictifs et réels), l’exercice proposé visera à explorer les différentes méthodes d’évaluation des modèles mobilisables pour la validation d’une démarche de modélisation (analyses de sensibilité,  simulation sur une période passée, indicateurs statistiques, etc.). Il s’agira également de présenter des approches d’évaluation des résultats visant à évaluer l’incertitude spatiale liée aux  modèles et aux scénarios. 

Méthodes et outils :

Objectifs :

Ce TD présentera les différentes phases d’évaluation d’un modèle (implémentation des paramètres initiaux, choix des paramètres à tester, lancement de simulations, analyses statistiques, analyses de sensibilité et de robustesse). Il fournira aux apprenants différentes méthodes permettant d’évaluer la qualité d’exercices de simulation et de valider les démarches de modélisation.

TD2 (C. Tissot, M. Rouan) : Quelle structure de modélisation pour quelle échelle spatiale ?

 Descriptif :

L’implémentation d’un modèle multi-échelles ouvre la voie à des simulations composites permettant d’aborder des problématiques complexes à l’interface nature-société. Abordée dans le cadre de l’adaptation de la viticulture au changement climatique, l’exercice proposé visera à explorer les apports d’un modèle multi-niveaux pour l’analyse de l’évolution des potentialités agro-climatiques du vignoble des Coteaux du Layon (Val de Loire). En fonction de différents scénarios, des simulations prospectives seront réalisées pour caractériser des zones d’aptitudes au regard de la variabilité des conditions climatiques sur un horizon temporel de 80 ans.

Méthodes et outils :

La démarche proposée, mise en œuvre dans le cadre du projet ADVICLIM2, vise à lier les observations climatiques et agronomiques menées sur le terrain et les questionnements liés à la recherche d’une adaptation optimale de la vigne à la spécificité des terroirs viticoles. A travers une expérience menée dans les Coteaux du Layon un premier prototype a été développé dans l’environnement GAMA3 (GIS & Agent-based Modelling Architecture). Il vise à analyser la variabilité de la croissance de la vigne et à identifier des zones d’aptitudes en fonction de l’évolution des conditions d’environnement.

L’ensemble de la méthodologie (de la conceptualisation à la simulation) sera exposée dans ce TD. Le modèle utilisé se base sur un environnement de simulation permettant d’intégrer des données spatio-temporelles multi-échelles au sein d’un modèle à base d'agents contraints. Cette approche répond au besoin de formaliser explicitement les relations spatio-temporelles entre des entités spatiales, représentant les unités fonctionnelles des zones de production viticoles (unités de terroir, parcelles, zones d’appellation) et la variabilité des conditions climatiques affectant le vignoble.

Pour parvenir à connecter les différents niveaux scalaires, le prototype développé mobilise des procédures d’agrégation visant à mettre en adéquation les données avec les échelles de simulation et de restitution des résultats. Compte tenu de la diversité des données manipulées (données statistiques, données vectorielles, données temporelles) et de l'hétérogénéité des niveaux d'organisation spatiale impliqués, la méthodologie développée est basée sur une approche bottom-up. L'objectif est de relier plusieurs niveaux scalaires en se basant sur la résolution la plus élevée des objets (plus petit dénominateur commun). L’ensemble des développements seront réalisés au sein de la plateforme multi-agents GAMA (Grignard et al., 2013) en raison de sa capacité à intégrer pleinement les données géographiques (continues, grilles, graphes).

Objectifs :

Ce TD abordera les différentes phases de conception du modèle (conceptualisation, implémentation et simulation). Il permettra aux apprenants de se familiariser avec les spécificités d’une approche multi-échelles et aux solutions techniques apportées par un modèle multi-niveaux intégrant des fonctionnalités de traitement de l’information géographique numérique.

L’objectif est de fournir les concepts et méthodes utiles à la mise en œuvre d’une telle démarche dans d’autres contextes de recherches, la structure proposée étant totalement générique.

Références associées :

Plus d’info sur le projet : http://www.adviclim.eu/fr/

Minelli A., Tissot C., Rouan M., Le Tixerant M., 2015. Multi-scale modelling for simulating marine activities under heterogeneous environmental constraints, Spatial Analysis and GEOmatics (SAGEO), Nov 2015, Hammamet, Tunisia. 1535, CEUR Workshop Proceedings, 16 p.

Neethling E., Le Roux R., Barbeau G., Quénol H., Rouan M., Tissot C., 2015. Towards high resolution adaptation strategies to climate variability and change. Climate Smart Agriculture, Global Science Conference, March 2015, Montpellier, France.

Tissot C., Rouan M., Neethling E., Quenol H., Brosset D., 2014. Modeling of vine agronomic practices in the context of climate change, BIO Web of Conferences 3, 01015 (2014), EDP Sciences, DOI: 10.1051/bioconf/20140301015.

TD3 (T. Houet, O. Therond) : Processus de modélisation : modèle conceptuel, stratégie de développement informatique, scénarios et simulations - Application à l’étalement urbain

Descriptif :

L’objectif de ce TD est de permettre d’appréhender les grandes étapes qui structurent une démarche de modélisation. Ce TD conduira à (i) spécifier le problème à traiter (question, système), (ii) développer un model conceptuel du système étudié, (iii) développer des scénarios à évaluer par simulation, (iv) identifier les formalismes informatiques adaptés et discuter le processus de calibration-évaluation à mettre en œuvre et, enfin, (v) réaliser et analyser des simulations.

La démarche sera mise en œuvre sur un exemple de prospective spatiale relative aux effets de l’étalement urbain de l’agglomération toulousaine sur l’îlot de chaleur urbain et les trames vertes et bleues. Les supports mobilisés dans ce TD (ex. problématique, scénarios, données, simulateur) sont issus des travaux conduits dans le projet ACCLIMAT (http://www.cnrm-game-meteo.fr/ville.climat/spip.php?rubrique46).

Méthodes et outils :

Le TD permettra de mettre en œuvre : la méthode ARDI de modélisation conceptuelle, de développer des scénarios sur la base de facteurs de changements multi-niveaux pré-identifiés, de conduire des simulations pour évaluer ces scénarios avec un modèle de type automate cellulaire (SLEUTH* - Houet et al 2016) de dynamique d’occupation du sol.

Objectifs pédagogiques :

L’objectif du TD est de s’approprier et de comprendre les enjeux des grandes étapes d’un processus de modélisation dans un projet de prospective spatiale, de manipuler un langage de formalisation des connaissances, de s’interroger sur l’adéquation entre formalismes/méthodes informatiques et problème à traiter, et enfin, de conduire des simulations pour évaluer des scénarios.

Références associées :

Houet T., Aguejdad R., Doukari O, Battaia G., Clarke K. (2016), Description and validation of a ‘non path-dependent’ model for projecting contrasting urban growth futures, Cybergeo, 759, [online]: http://cybergeo.revues.org/27397