Intégration de modèles hétérogènes pour la modélisation et la simulation de systèmes complexes : application à la modélisation multi-échelles en écologie marine

par Raphaël Duboz

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Philippe Preux.

Soutenue en 2004

à Littoral .


  • Résumé

    L'étude des systèmes complexes est en passe de devenir une science, avec l'informatique comme l'un des supports possibles pour son développement. Le travail présenté ici participe à ce courant en exposant une recherche sur le couplage et l'interopérabilité des modèles de simulation. Nous abordons cette question en trois points : l'intégration formelle, l'intégration opérationnelle, l'intégration pour la simulation multi-échelles. Pour illustrer notre réflexion, nous avons choisi un système proies-prédateurs emprunté à l'écologie marine. Ceci nous amène à effectuer un rapprochement entre le paradigme d'agents réactifs situés, intéressant pour la simulation des comportements des prédateurs, et le formalisme DEVS, issu de la théorie des systèmes. Ce dernier permet une formalisation de l'ensemble du modèle couplé, constitué d'un Systèmes Multi-Agents (SMA) et d'un système d'équations différentielles. Nous proposons également un framework d'intégration de modèles hétérogènes qui se démarque principalement par la notion de connecteur (ou wrapper), basé sur l'algorithmique des simulateurs abstraits de DEVS et la description des modèles et de leur couplage via une application XML. Enfin, nous développpons une méthode de couplage pour le transfert de propriétés entre niveaux d'organisation (ou transfert d'échelles). En nous basant sur cette méthode, nous construisons un modèle mathématique à partir de simulations du SMA qui nous permet de le coupler avec un modèle classique d'interaction proies-prédateurs. Cette application illustre l'importance de la prise en compte du niveau micro sur l'évolution du niveau macro d'un système dynamique particulier.

  • Titre traduit

    Heterogeneous models integration for the modelling and simulation of complex systems : application to multi-scale modelling in marine ecology


  • Résumé

    Complex systems studies are becoming a science. Computer science is one of the theoretical and operational basis towards this evolution. Modelling and simulation (M&S) of dynamical systems is currently a central activity in a lot of sciences. M&S brings numerous paradigms and methods for the specification and the simulation of complex artificial or natural systems. This work aims at tackling the issue of interoperability between heterogeneous models folowing three directions : formal integration, operationnal integration, multi-scales integration. Considering a marine prey-predator systems (copepods grazing on phytoplankton). First, we bring together the reactive agent paradigm with the DEVS formal specification langage. DEVS enables the complete formal description of a Multi-Agents System (MAS), well suited for individual modelling, coupled with a differential equations system (well suited for population modelling). Secondly, we propose a framework for the integration of heterogeneous models. Our framework is mainly based on the concept of "wrapper". It provides us a way to interoperate different models based on DEVS abstract simulators. In this context, we develop a particular XML application for the description of models and models coupling. The last point of our work concerns scale transfers modelling in natural systems. We develop a method to achieve it and illustrate this method with our prey-predator model. The construction of a mathematical model based on simulations from our MAS leads to the coupling of our MAS with a differential equations systems. Then, we show that micro-level activity (individuals) has a potentialy strong effect on macro-level dynamics (populations).

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Informations

  • Détails : xx-206 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury.
  • Annexes : Bibliogr. p. 195-206.

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  • Bibliothèque : Université du Littoral-Côte d'Opale (Calais, Pas-de-Calais). Bibliothèque. Section Sciences.
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