Optimisation et gestion de contraintes pour la modélisation et l'évaluation d'alternatives socio-techniques // Optimisation and constraint programming for the modeling and evaluation of socio-technical alternatives

Devant le constat de diverses dégradations environnementales (changement climatique, diminution de la biodiversité, perte de terres arables, etc.), nous visons à développer des outils (méthodologies, algorithmes, logiciels, outils de visualisation) permettant aux acteurs d'un territoire de modéliser et «d'évaluer» des alternatives socio-techniques: des scénarios reposant sur des choix de modes de production et de consommation. La production et la consommation peuvent ici concerner tout type de produits (technologiques, alimentaires, etc.), de ressources, d'infrastructures (bâtiments, routes, …), etc.
La conception d'une alternative socio-technique s'effectuera à l'aide d'une interface homme-machine dédiée. On peut s'imaginer cela comme un système d'édition graphique, permettant de sélectionner lesdits modes de production et consommation parmi un catalogue de modes pré-définis (créés à partir d'études menées déjà dans l'équipe ou pouvant être importés à partir de bases de données adéquates) ou créés par l'utilisateur, puis de les connecter entre eux. Ces connexions correspondent à des échanges/flux de produits, matières ou d'énergie.
La conception d'une alternative socio-technique cohérente nécessite le respect de diverses contraintes. Premièrement, le respect d'équilibres de flux de matière ou d'énergie(voir «Contexte»). Ensuite, si l'alternative socio-technique est multi-échelle (typiquement, si elle est conçue pour un ensemble imbriqué de territoires – par exemple un département et des communautés de communes qui le composent), des contraintes d'agrégation. Puis, des contraintes «libres», définissables par l'utilisateur.
Le respect de telles contraintes pose différents problèmes mathématiques et algorithmiques, dont la résolution constitue le cœur de cette thèse. Des pistes d'ouverture existent également, concernant par exemple la visualisation d'indicateurs, et l'évaluation à travers des tests utilisateurs voire sur des terrains, au sein de démarches de concertation.
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In view of the various forms of environmental degradation (climate change, loss of biodiversity, loss of arable land, etc.), our aim is to develop tools (methodologies, algorithms, software, visualisation tools) that will enable local stakeholders to model and ‘evaluate' socio-technical alternatives: scenarios based on production and consumption choices. Production and consumption can involve any type of product (technological, food, etc.), resource, infrastructure (buildings, roads, etc.), etc.
A dedicated man-machine interface will be used to design a socio-technical alternative. This can be imagined as a graphical editing system, enabling the said modes of production and consumption to be selected from a catalogue of pre-defined modes (created from studies already carried out by the team or which can be imported from appropriate databases) or created by the user, and then connected together. These connections correspond to exchanges/flows of products, materials or energy.
The design of a coherent socio-technical alternative requires compliance with a number of constraints. Firstly, the balancing of material or energy flows (see ‘Context'). Secondly, if the socio-technical alternative is multi-scale (typically, if it is designed for an interlocking set of territories - for example a Départment and the communities of communes that make it up), there are aggregation constraints. Then there are ‘free' constraints, which can be defined by the user.
Respecting these constraints poses a number of mathematical and algorithmic problems, the resolution of which is at the heart of this thesis. There are also other avenues open to us, such as the visualisation of indicators, and evaluation through user testing or even in the field, as part of concertation processes.
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Début de la thèse : 01/10/2024

Concours allocations

Université Grenoble Alpes

217 MSTII - Mathématiques, Sciences et technologies de l'information, Informatique

- Formation maths/info - Optimisation, RO - Programmation
- Studies in mathematics/computer science - Optimisation, Operations Research - Programming