nouvelables . . . 14 1.1.1 Des proc´edures de gestion plus complexes . . . 14 1.1.2 Des outils pour porter appui `a la gestion concert´ee . . . . 17 1.1.3 Des mod`eles pour expliquer les processus et accompagner
la concertation . . . 19 1.2 La mod´elisation multi-agent . . . 20 1.2.1 Mod`eles multi-agents pour la gestion de ressources . . . . 21 1.2.2 Propri´et´es des SMA en temps que support de mod´elisation 23 1.2.3 Questions soulev´ees par la mod´elisation multi-agent . . . 26
2 Construction d’une r´eflexion autour de la gestion quantitative
de l’eau dans des bassins irrigu´es . . . 27 2.1 La gestion quantitative de l’eau dans des bassins irrigu´es . . . 27 2.1.1 Irrigation et gestion concert´ee de l’eau en France . . . 27 2.1.2 Caract´eristiques des syst`emes irrigu´es . . . 29 2.1.3 Acteurs de la gestion de l’eau agricole . . . 30 2.1.4 Instruments de gestion de l’eau agricole . . . 30 2.2 Quel niveau de complexit´e repr´esenter ?. . . 31 2.3 Comment repr´esenter les modes de gestion ? . . . 33
3 Un questionnement m´ethodologique autour du concept de ni-
veau d’organisation . . . 37 3.1 Le concept de niveau d’organisation . . . 37
3.1.1 Niveau d’organisation et concepts associ´es dans la litt´era- ture scientifique . . . 37 3.1.2 D´efinition ad hoc du concept de niveau d’organisation . . 38 3.2 Mise en place d’une r´eflexion m´ethodologique . . . 39
1
Contexte m´ethodologique et applicatif
1.1 La mod´elisation comme support pour la gestion des ressources renouve-
lables
On parle de ressource naturelle renouvelable pour d´esigner des ressources naturelles dont le stock disponible ´evolue en fonction des pr´el`evements dus `a l’activit´e humaine mais aussi selon un processus de r´eg´en´eration naturelle (eau, v´eg´etation, esp`eces animales). D’une mani`ere g´en´erale, une gestion « efficace » d’une ressource vise `a la pr´eservation durable, en qualit´e et quantit´e, de la ressource, ainsi que des usages qui en sont faits. Bien plus qu’un ´equilibrage entre offre et demande, la probl´ematique de gestion d’une ressource renouvelable implique d’appr´ehender un syst`eme dont les ´el´ements, naturels et sociaux, sont li´es par des interd´ependances complexes.
1.1.1 Des proc´edures de gestion plus complexes
Les pouvoirs publics reconnaissent aujourd’hui de mani`ere officielle que la gestion de l’en- vironnement ne peut se limiter `a la r´esolution des effets visibles des probl`emes et rel`eve aussi
des domaines ´economiques et sociaux. [Heathcote, 1998] souligne que la maˆıtrise collective de l’eau induit des formes de coordination, de r´egulation et de contrˆole mises en œuvre `a diff´e- rentes ´echelles de temps, d’espace et d’organisation, alors que les gestionnaires sont amen´es `a recourir aux points de vue de disciplines et d’acteurs multiples. C’est ainsi que le champ des ´el´ements `a prendre en compte dans une action de gestion de ressources naturelles (grn) s’est consid´erablement ´elargi au cours des 30 derni`eres ann´ees :
– dans sa dimension spatiale : les zones `a prendre en compte ne sont pas localis´ees sur le probl`eme `a traiter mais rel`event d’unit´es de gestion « naturelles » (bassins versants, territoires naturels).
La gestion d’une ressource se d´ecline le plus souvent au sein de plusieurs ´echelles spa- tiales imbriqu´ees ou enchevˆetr´ees : p´erim`etres irrigu´es, nappes souterraines, circons- criptions administratives, bassin par exemple pour la ressource eau ;
– dans sa dimension disciplinaire : les probl`emes ne peuvent ˆetre circonscrits `a et doivent ˆ
etre abord´es avec une vision int´egr´ee. On peut ´evoquer par exemple :
– les diff´erents usages d’une ressource (eau potable, irrigation, tourisme par exemple pour la ressource eau) ;
– les diff´erents types de probl`emes pos´es par la ressource (´etiages, inondation, qualit´e, ´erosion des berges par exemple pour la ressource eau) ;
– les diff´erents types d’acteurs et d’organisations impliqu´es : acteurs ´economiques, riverains, d´ecideurs...
– dans sa dimension politique : la tendance des politiques nationales vis `a vis des pro- bl`emes environnementaux est d’abandonner des modes de gestion centralis´es pour aller vers des modes de gestion participatifs, qui impliquent une palette plus large d’acteurs et d’organisations, sur des phases plus ´elargies des processus de gestion.
Ainsi, la Directive Cadre Europ´eenne sur l’Eau de 2000 impose aux ´Etats membres de mettre en place des plans de gestion int´egr´ee sur l’ensemble de leurs bassins dans un horizon de 15 ans : « Chaque ´Etat membre veille `a ce que, pour chaque district hydrographique (...) : - une analyse de ses caract´eristiques, - une ´etude des incidences de l’activit´e humaine sur l’´etat des eaux de surface et des eaux souterraines, et - une analyse ´economique de l’utilisation de l’eau soient entreprises (article 5) ; Les ´Etats membres encouragent la participation active de toutes les parties concern´ees `a la mise en oeuvre de la pr´esente directive, notamment `a la production, `
a la r´evision et `a la mise `a jour des plans de gestion de district hydrographique » (article 14)
D´efinitions
La participation d´esigne toute forme d’implication dans le processus de gestion d’un sys- t`eme donn´e d’acteurs n’appartenant pas au dispositif formel de prise de d´ecision. [Allain, 2001].
Les individus ou les organisations ayant un int´erˆet dans le processus de gestion ou pour qui celui-ci repr´esente un enjeu sont souvent d´esign´es sous le terme « parties prenantes » (sta- keholders). Pour simplifier, on les d´esignera par le terme d’acteurs, alors que les membres de la soci´et´e au sens large sont d´esign´es par le terme de public.
En France, la gestion concert´ee est d´efinie par [van den Hove, 2001] comme « la mise en place d’un partenariat d’acteurs sur une zone sp´ecifique pour ´elaborer et n´egocier des mesures de gestion »
Les dispositifs de participation sont mis en place sous des formes tr`es diverses. On peut les distinguer par exemple :
– selon le degr´e d’implication des acteurs : consultation (simple recueil de points de vue), n´egociation (participation au choix d’options de gestion), co-construction (participation `a la d´efinition des options de gestion) [Arnstein, 1969] ;
– selon les ´etapes du processus de gestion o`u se produit l’implication des acteurs : d´efinition et mobilisation des parties prenantes, d´efinition d’une situation initiale, d´efinition d’objectifs `a long, moyen et court termes, choix de modalit´es de gestion, suivi, ´evaluation. La m´ediation patrimoniale (co-construction d’options de gestion sur la base d’une d´efinition concert´ee de la situation initiale du syst`eme ainsi que d’objectifs de tr`es long terme)[Babin and
Bertrand, 1998] constitue un exemple de dispositif de gestion participative formalis´e et docu-
ment´e.
La mise en place d’un dispositif de participation, qui implique des proc´edures longues et complexes, est motiv´ee par les b´en´efices qu’on peut en attendre [van den Hove, 2001] :
– d’un point de vue substantif : meilleurs r´esultats en termes d’efficacit´e de la gestion ; – d’un point de vue proc´edural : am´elioration du processus lui-mˆeme : augmentation du
niveau d’information, meilleur traitement de l’information, l´egitimation accrue ;
– d’un point de vue contextuel : ´education, changement des perceptions, modification des rapports de force.
Un besoin en outils d’appui La mise en œuvre d’une proc´edure de gestion participative passe par le d´eploiement d’une combinaison de mesures s’appliquant `a des ´echelles d’intervention vari´ees, dans le temps et dans l’espace. Dans l’optique d’une meilleure efficacit´e et d’une meilleure acceptation de ces mesures, il existe un besoin vis `a vis d’outils permettant de synth´etiser les connaissances des acteurs et des experts sur les processus, physiques et sociaux, des syst`emes, ainsi que d’int´egrer les diff´erents types de mesures envisag´ees. De tels outils manquent pour ´
eclairer les d´ebats et simuler des sc´enarios de gestion [Garin et al., 2000].
Le programme CDE (Concertation, D´ecision, Environnement)1 du Minist`ere de l’ ´Ecologie et du D´eveloppement Durable, comme le projet europ´een FIRMA (Freshwater Integrated Resource Management with Agents)2t´emoignent de l’int´erˆet accru des pouvoirs publics pour une recherche permettant d’aborder les probl`emes complexes li´es `a la prise en compte d’aspects physiques et sociaux, ainsi que d’´echelles multiples, dans les proc´edures de gestion concert´ee.
Le programme CDE a ´et´e lanc´e en 1999 et doit se conclure par un colloque final en septembre 2005. Il a pour objectif « d’encourager des recherches portant sur les nouveaux dispositifs et les nouvelles pratiques de concertation, de m´ediation, de consultation, de participation, de d´ecision, (...) en mati`ere d’environnement » , `a travers le financement de projets de recherche et l’or- ganisation de s´eminaires. Si la plupart des projets de recherche CDE portent sur l’´etude des processus de concertation, certains s’int´eressent `a l’introduction d’objets scientifiques ou tech- nologiques dans la concertation : bases de donn´ees, syst`emes experts, sites Internet ou syst`emes d’information g´eographiques... Le financement de cette th`ese provient en partie d’un projet CDE conduit par le Cemagref et intitul´e « Mod`eles et jeux de rˆoles pour l’aide `a la n´egociation dans les processus de gestion de ressources renouvelables » .
La projet FIRMA (1999-2003) est centr´e sur la ressource en eau et l’usage de mod`eles multi-agents. Il promeut l’´evaluation int´egr´ee, soit « la mise en place de processus inter ou pluri-disciplinaires de structuration d’´el´ements de connaissance issus de disciplines vari´ees de mani`ere `a pr´esenter, pour la prise de d´ecision, les aspects pertinents du probl`eme social dans
1
http://www.inra.fr/Internet/Directions/SED/environnement/pr-cde.html
2
leur coh´erence mutuelle » [Krywkow, 2003].
La volont´e d’acc´eder `a une gestion durable des ressources naturelles renouvelables, et de l’eau en particulier, a men´e `a un consensus sur la promotion d’approches territorialis´ees et concert´ees de gestion de la ressource.
Or la gestion concert´ee de ressources naturelles, et de l’eau en particulier, porte une double complexit´e :
– complexit´e du syst`eme `a appr´ehender : interconnexion de dynamiques physiques et de dynamiques sociales [van Daalen et al., 2002], interactions port´ees par l’espace [Izquierdo et al., 2003], ´echelles spatiales et temporelles multiples et plus ´etendues [Simonovic, 2000] ; – complexit´e des proc´edures : les acteurs et objectifs `a prendre en compte sont multiples [Simonovic, 2000] ; les unit´es de gestion « naturelles » bouleversent les modes d’organisation administratifs traditionnels [Ghiotti, 2001] ; enfin, seules des r`egles de gestion n´egoci´ees, adaptatives et compatibles avec les institutions et r`egles de fait locales peuvent acqu´erir un caract`ere durable [Ostrom, 1992].
Face `a cette double complexit´e, la communaut´e scientifique est appel´ee `a r´epondre `a un besoin en outils d’appui `a la gestion qui soient `a mˆeme d’int´egrer la diversit´e des points de vue et des ´
echelles de gestion et de rendre plus lisibles les interactions physiques et sociales existant au sein et entre les diff´erents niveaux d’un syst`eme.
1.1.2 Des outils pour porter appui `a la gestion concert´ee
Face `a la double complexit´e de la gestion concert´ee, [Collentine et al., 2002] distinguent deux cat´egories d’outils : des outils visant `a assister directement le processus de concertation d’une part, et des outils visant `a offrir des repr´esentations du syst`eme `a g´erer d’autre part. Ces diff´erents outils ne s’excluent pas les uns les autres et peuvent ˆetre compl´ementaires, utilis´es conjointement ou successivement dans les diff´erentes phases de la participation.
La premi`ere cat´egorie inclut des outils informatiques visant `a structurer les argumenta- tions [Karacapilidis and Papadias, 2001], ou des interfaces de discussions via Internet [Hare
et al., 2001]. On peut aussi y ranger les nombreuses m´ethodes de participation formalis´ees.
Ces m´ethodes diff`erent suivant la phase de la participation qu’elles formalisent, le niveau de d´e- cision, et l’audience vis´ee. [van den Hove, 2001] en liste une vingtaine, parmi lesquelles les focus group (d´ebat de citoyens organis´e autour d’un m´ediateur scientifique sur un probl`eme pr´ecis), les ateliers multi-acteurs (mˆelant acteurs, d´ecideurs et expert pour d´elib´erer sur une question pr´ecise afin de faire ´emerger des solutions et des points de vue), les exercices de simulation de politiques (jeux de rˆoles o`u l’on met des acteurs en situation pour les faire r´eagir `a des sc´enarios possibles).
Ces diff´erents outils visent `a faciliter et focaliser les discussions, mais aussi `a faire ´emerger et organiser des informations afin de faire acc´eder l’ensemble des acteurs impliqu´es `a une repr´e- sentation partag´ee du syst`eme (de ses m´ecanismes pr´esents comme d’objectifs ou de projections dans le futur).
Les outils tels que matrices de pr´ef´erences [Collentine et al., 2002], programmation graphique [Costanza and Ruth, 1998], r´eseaux bayesiens [Lynam et al., 2002], ou certains jeux de rˆoles [Bousquet et al., 2002], visant `a ´eliciter les repr´esentations des acteurs se situent entre les
2 cat´egories. En effet ces outils permettent de structurer les discussions, tout en fournissant en sortie une image co-construite du syst`eme.
La seconde cat´egorie d’outils concerne les mod`eles. Les mod`eles fournissent aux acteurs une repr´esentation objectiv´ee du syst`eme sur un support. Ces mod`eles peuvent alors servir de base de discussion. Ils peuvent ˆetre des outils cartographiques [Caquard, 2001] par exemple. Nous nous int´eressons plus particuli`erement aux mod`eles de simulation, c’est `a dire des repr´esentations informatiques pouvant ´evoluer dans le temps.
Comme il a ´et´e ´evoqu´e avec les m´ethodes d’´elicitation de repr´esentation, les fronti`eres entre les 2 cat´egories ne sont pas herm´etiques, et le processus de construction d’un mod`ele, s’il implique les acteurs, tend `a faire de la mod´elisation un outil tenant aussi de la premi`ere cat´egorie.
D´efinitions
Les mots « mod`ele » et « repr´esentation » sont fortement polys´emiques et sont parfois synonymes.
Le terme mod`ele peut ˆetre pris dans un sens « ante » : un objet `a imiter, une matrice, ou dans un sens « post » : un objet reproduisant une portion de r´ealit´e (une repr´esentation ! !). Dans tous les cas, le mod`ele est un outil qui sert `a fabriquer ou `a apprendre quelque-chose. [Legay, 1997]
Le terme repr´esentation peut ˆetre pris dans un sens « cognitif » : repr´esentation (du monde, d’un syst`eme) que se font des ˆetres vivants (on peut d’ailleurs parler de mod`ele mental), ou dans un sens « tangible » : repr´esentation (du monde, d’un syst`eme) produite pour mettre en forme des connaissances (dessin, carte, mod`ele...).
A moins de mention explicite, nous utiliserons le mot mod`ele dans son sens « post » , et le mot repr´esentation dans son sens « cognitif » .
Les mod`eles de simulation - que l’on appellera d´esormais simplement mod`eles - sont des repr´esentations simplifi´ees de syst`emes ´evoluant dans le temps.
Enfin, les diff´erentes ´etapes d’un processus de mod´elisation informatique produisent diff´e- rents types de mod`eles. On reprendra les termes utilis´es par [Vanbergue, 2003] :
– un mod`ele du domaine d´efinit donn´ees, comportements et hypoth`eses retenus dans le syst`eme cible. Il est souvent d´ecrit en langage naturel ;
– un mod`ele de conception est une version formalis´ee du mod`ele du domaine, o`u les contraintes cr´ees par l’outil de mod´elisation sont int´egr´ees. Un mod`ele de conception constitue une version « papier » communicable du mod`ele op´erationnel ;
– un mod`ele op´erationnel est le mod`ele informatique `a proprement parler, impl´ement´e dans la machine et qui est la base `a partir de laquelle se font les simulations.
Simulations pour la grn Les mod`eles de simulation, qui repr´esentent l’´evolution de l’´etat d’un syst`eme dans le temps, peuvent ˆetre utilis´es `a des fins de pr´ediction : en partant de l’´etat actuel du syst`eme, et en faisant des hypoth`eses sur ses dynamiques d’´evolution, une simulation permet de d´ecrire les ´etats futurs du syst`eme pour diff´erents sc´enarios.
Mais dans le champ de la gestion des ressources naturelles, les syst`emes consid´er´es sont impr´e- dictibles pour au moins 3 raisons :
– de par leur nature complexe : les dynamiques de tels syst`emes ´emergent d’interactions loca- lis´ees, interd´ependantes, et r´eparties sur diff´erentes ´echelles. Elles pr´esentent des caract`eres forts de non-lin´earit´e et de d´ependance `a l’histoire du syst`eme [Levin, 1998] ;
– de par la prise en compte du champ social et donc de la pr´esence de comportements humains - qui ne peuvent par essence ˆetre pr´edits - dans les syst`emes [Pahl-Wostl, 2002] ;
– de par la nature des comportements individuels mod´elis´es, forc´ement simplifi´es et bas´es sur des donn´ees incompl`etes [Warwick, 2003].
[Carpenter et al., 1999] reconnaˆıt cependant la pertinence de mod`eles de type pr´edictif dans le champ de la grn, mais sp´ecifiques `a l’accompagnement d’un type de tˆache pr´ecise (calibration d’ouvrage, estimation de param`etres statistiques). De tels mod`eles viennent donc apporter des informations compl´ementaires une fois que les r`egles de gestion sont reconnues et ´etablies.
Dans le cas g´en´eral, les mod`eles pour la grn ne peuvent pr´edire des futurs probables du syst`eme. Mais ils peuvent en expliciter des rouages, aider `a l’identification de futurs possibles [Warwick, 2003]. On parle alors de mod`eles explicatifs.
1.1.3 Des mod`eles pour expliquer les processus et accompagner la concertation On s’int´eressera exclusivement aux mod`eles explicatifs, dont le but est, plutˆot que de pr´edire l’´etat futur d’un syst`eme, d’en ´eclairer les fonctionnements pr´esents. [Carpenter et al., 1999] parle de mod`eles m´etaphoriques, [Doran, 2001] parle de « soft benefits » de la mod´elisation : mise en exergue d’un d´efaut de connaissance, apport p´edagogique, m´edium de communication et de centrage de la r´eflexion. [van Daalen et al., 2002] par exemple d´ecrivent comment des mod`eles globaux tr`es simplifi´es pr´esent´es dans des grandes conf´erences ont permis de faire admettre au grand public la repr´esentation du monde comme un syst`eme global et de sensibiliser les d´ecideurs `
a l’urgence de certains probl`emes environnementaux.
Les travaux rentrant dans ce cadre restent sont de nature assez diff´erente suivant :
– l’usage du mod`ele : recherche (mod`ele d’un syst`eme destin´e aux chercheurs), diagnostic (mod`ele d’un syst`eme destin´e aux commanditaires d’un projet sur le syst`eme), intervention (mod`ele de Recherche-Action, destin´e aux parties prenantes du syst`eme) ;
– l’objectif du mod`ele : comprendre les processus d’un syst`eme, rassembler des connaissances, explorer des sc´enarios, agir sur les perceptions des acteurs... ;
– le r´ealisme du mod`ele : r´ealit´e simplifi´ee ou abstraction
– le contenu du mod`ele : issu des repr´esentations des acteurs ou des connaissances scienti- fiques
– le processus de mod´elisation lui-mˆeme : mod`ele produit par les chercheurs ou co-construit avec les acteurs.
Des mod`eles interdisciplinaires La mod´elisation des syst`emes engendr´es par la gestion des ressources naturelles ne peut se r´eduire `a une approche purement ´ecologique, ou hydrologique (dynamique d’une ressource soumise `a des perturbations anthropiques) ou purement ´economique ou sociologique (dynamique d’un march´e ou d’une soci´et´e soumis `a une variabilit´e naturelle). [Bousquet, 2001] plaide pour une posture qui se doit d’aborder `a la fois :
– la ressource : ´ecologie ou hydrologie - comment est g´en´er´ee la dynamique de la ressource, quelle(s) ´echelle(s) consid´erer ?
– l’interaction soci´et´e - ressource : ´economie de l’environnement - quelle consommation, quels modes de gestion, quelles institutions ?
– la soci´et´e : sociologie, sciences politiques, sciences cognitives - quels processus de d´ecision, quels modes de coordination ?
Des mod`eles disciplinaires apportent des connaissances partielles sur un syst`eme observ´e selon un certain point de vue et `a une certaine ´echelle. Ils permettent d’aborder de mani`ere pr´ecise un aspect bien d´elimit´e d’un probl`eme de gestion de ressources, mais seule une approche permettant d’int´egrer diff´erents points de vue et diff´erentes ´echelles pourra apporter un ´eclairage sur le fonctionnement du syst`eme dans son ensemble.
Le couplage de mod`eles, qui consiste `a relier des mod`eles existants en en connectant les flots de donn´ees entrantes et sortantes, est un premier moyen d’int´egrer des points de vue. Cependant il est souvent techniquement complexe de faire communiquer des mod`eles : il faut rendre les formats de donn´ees compatibles, et surtout ajuster les ´echelles de temps et/ou d’espace