Note sur des stratégies réalistes de développements logiciels au sein de l UMR G EAU

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1 Note sur des stratégies réalistes de développements logiciels au sein de l UMR G EAU AVANT-PROPOS Cette note, proposée par J.C.Pouget (JCPg), J.P.Baume (JPB), P.O.Malaterre (POM) et J.C.Bader (JCB), est destinée à être présentée et débattue en Comité de Direction de l'umr, avec une volonté d'obtenir des moyens en matière de développements logiciels auprès de nos différents instituts, afin de (1) mettre en adéquation, ou au moins clarifier, nos objectifs avec l'offre de moyens ; (2) éviter l'affichage d'ambitions irréalistes et les "désengagements isolés" par dépit, liés au manque de reconnaissance des personnels impliqués dans les développements. LE CONTEXTE ACTUEL Le contexte actuel de l Informatique Scientifique au sein de l UMR G-EAU est détaillé dans une note donnée en annexes. La structuration proposée dans cette note est de distinguer : (1) les logiciels commercialisables, ce sont les logiciels de recherche développés dans l UMR G-EAU, qui visent également une utilisation par des opérateurs extérieurs (bureaux d étude, gestionnaires, unités de R&D, décideurs), c'est-à-dire autres que les chercheurs qui les ont développés ; (2) les logiciels de recherche, ce sont les logiciels développés par des chercheurs de l UMR G-EAU, et dont les utilisations sont effectuées ou encadrées directement par ces chercheurs ; (3) les logiciels scientifiques utilisés, ce sont les logiciels utilisés à des fins de Recherche et/ou Développement par des personnels (techniciens, ingénieurs ou chercheurs) de l UMR G-EAU. Cette liste a été élaborée à partir des réponses à un questionnaire adressé à toute l UMR, qui permet d évaluer la diversité des profils d utilisateurs, les besoins en formation et les compétences en matière de développement au sein de l UMR. Les logiciels commercialisables Une première famille de logiciels est constituée de modèles d aide à l allocation des ressources en eau développés par l équipe DIVHA de l IRD. Ces modèles permettent de tester différentes alternatives d aménagement régional et divers modes de gestion. Le fonctionnement des aménagements est simulé sur de longues séries temporelles d apports représentatives de l'aléa hydrologique. La vérification de la satisfaction des objectifs porte sur des analyses statistiques des chroniques générées. Simulsen est destiné à simuler la gestion opérationnelle d un barrage à objectifs multiples (électricité, soutien de débits correspondants à différents usages à une station située très en aval, laminage des crues, etc.) à un pas de temps journalier prenant en compte les temps de propagation avec une méthode liant hydraulique et statistiques. HyD2002 permet la construction interactive de divers types d aménagements constitués de réservoirs, d éléments de captage et de transport d eau, de demandes d utilisation et de consommation d eau. Les calculs de simulation reposent sur le principe de la conservation des volumes et de respect des contraintes de transit, ils peuvent faire appel ou non à de l'optimisation numérique pour la prise en compte des priorités de gestion. Ces logiciels sont commercialisés dans le cadre de contrats liés à des applications. Les développements des interfaces de HyD2002 ont été généralisés dans une bibliothèque de classes Java nommée OdefiX. Elle est destinée à faciliter la construction et assurer l homogénéité des divers environnements de modélisation nécessaires à l UMR. Le but est de pouvoir se concentrer sur la structuration et les fonctionnalités des modèles et non sur les interfaces graphiques ou d'échange de données. L'interface graphique permet de définir les modèles sous forme d'objets Stratégies logiciels G-EAU 1/6 version mars-2007

2 structurés, à partir de tableaux, de graphiques, de cartes, et de faciliter la navigation entre ces objets. La bibliothèque OdefiX a permis le développement de divers environnements comme Simulsen Windows, HydroStruct pour étudier la structuration des bassins versants, ZonAgri pour représenter les activités agricoles au niveau régional et tester des scénarios prospectifs pluriannuels de ces activités. Ce dernier logiciel est encore un prototype. Le logiciel SIC (SImulation des Canaux d'irrigation), développé par le Cemagref, est un logiciel de simulation hydraulique adapté au calcul des écoulements dans les canaux d'irrigation et les rivières. Le principal objectif est de permettre une bonne représentation du comportement hydraulique d'un réseau de canaux et/ou de rivières, tout en ayant une interface utilisateur conviviale. Il peut être à la fois un outil de conception et un outil de gestion. La simulation des écoulements dans le modèle est basée sur des calculs d'hydraulique unidimensionnelle en régime permanent et transitoire (Equations de Saint-Venant). Le logiciel permet également de mettre au point et de tester très facilement des algorithmes de contrôle automatique des ouvrages de régulation présents sur le réseau. SIC est commercialisé sous forme de licences en version professionnelle ou version Enseignement-Recherche. Pour les références relatives à ces divers logiciels, il convient de se reporter à la note sur l informatique scientifique au sein de l UMR G-EAU donnée en annexes. Les logiciels de recherche Plusieurs membres de l UMR sont signataires de la charte Commod sur la modélisation comme outil d accompagnement. Ils travaillent depuis un certain nombre d'années, en utilisant divers outils, et en particulier la simulation multi-agents et les jeux de rôles, afin d'aborder les thèmes scientifiques concernant la propriété commune, les processus de coordination entre acteurs, les processus de décision collective, etc. Les outils développés, qui utilisent pour la plupart la plateforme Cormas du CIRAD, n ont pas vocation a priori à être réutilisés dans d autres contextes. Par contre, leur architecture à base d agents autonomes en interaction dans un environnement virtuel permet d envisager assez facilement la réutilisation ou l adaptation de parties de ces outils. Les modèles développés par des chercheurs de l UMR (ces logiciels sont présentés dans la liste ci-dessous en gras et italique) et/ou utilisés par les chercheurs sur les Pratiques et usages agricoles de l eau diffèrent par leurs champs d applications (technique, économique), leurs échelles spatiales et temporelles Ces logiciels abordent : (1) les transferts, la distribution d eau à la parcelle, le bilan hydrique, la modélisation de la culture (Pilote, Raieopt, Sofip, Spfc, Irriparc, Hydrus, Cropsyst, Cropwat) ; (2) la gestion de l irrigation sur l îlot (Gestcan), sur l exploitation (IRMA, Modérato) ou la gestion des temps de travaux sur l exploitation (Otelo), ou la conduite d une culture (Déciblé) ; (3) les aspects économiques couplés avec d autres aspects pour des études de scénarios (Smile pour la tarification de l eau, Olympe).; (4) le niveau régional, à partir d une approche exploitation (ZonAgri, Olympe, Medter) ou à partir d une approche fondée sur les besoins en eau (Bilanreg). La gestion du tour d eau à l échelle du périmètre est une question récurrente. Logiciels utilisés et compétences informatiques Les réponses au questionnaire proposé mettent en lumière une très grande diversité de profils d utilisateurs et un manque de développeurs. Les logiciels utilisés sont détaillés par thèmes dans la note Informatique scientifique présentée en annexes, à partir de l exploitation du questionnaire. Le nombre de développeurs permanents avancés est de 11 (soit 10% de l effectif total), dont 7 chercheurs (6%) et 4 IT (4%). Seuls 2 chercheurs et 2 ingénieurs sont directement impliqués dans le développement des logiciels commercialisables, avec en plus une disparité de langages de programmation : Fortran, Pascal, Java. Stratégies logiciels G-EAU 2/6 version mars-2007

3 STRATEGIES DE DEVELOPPEMENTS LOGICIELS Avantages inconvénients des diverses approches La plupart des chercheurs de l UMR utilisent à des degrés divers des logiciels comme support ou vecteur de leurs recherches. Lorsque ces logiciels ont été développés par les chercheurs eux-mêmes c est souvent parce que ce logiciel était nécessaire pour Comprendre (relations entre causes et effets), Concevoir, Prévoir, ou Commander (décider) un système et que ce logiciel n existait pas. Mais le contexte logiciel évolue relativement vite et la situation actuelle ou future n est certainement pas la même qu il y a 5, 10 ou 20 ans. Il en est de même pour les thématiques de recherche. Il est donc nécessaire de se poser régulièrement la question de la meilleure manière d avoir les outils nécessaires à nos travaux de recherche. Mais comme les investissements correspondants peuvent être très lourds il faut aussi être capable de définir des stratégies à long terme. Cela implique de faire un bilan des choix effectués dans le passé en évaluant leur impact, de définir nos besoins présents et de faire des paris sur l avenir. Par ailleurs, un logiciel n est pas uniquement un outil permettant de faire des recherches. On peut attendre un certain nombre de choses d un logiciel développé ou simplement utilisé dans une unité de recherche. En fonction du type de logiciel et de son mode de développement, les avantages, inconvénients ou contraintes sont différents : Logiciels commercialisables Logiciels de recherche Logiciels tiers Support de collaborations fort moyen faible Valorisation des recherches fort faible néant Retour d utilisation fort faible néant Reconnaissance Internationale fort faible néant Rentrées financières fort néant néant Rapidité de développement faible fort n/a Moyens nécessaires (codage, gestion des clients, formation) fort faible néant Maîtrise des fonctionnalités fort fort néant Autonomie scientifique fort fort faible Enseignement fort faible faible Pérennité du code fort faible n/a Le tableau ci-dessus, qui reste qualitatif, a vocation à montrer que le logiciel n est pas uniquement un instrument pour tester une théorie mais c est aussi un moyen de s intégrer dans la communauté scientifique, académique et industrielle. Cet objectif est bien évidemment décliné de manière différente en fonction du domaine et du projet particulier. La stratégie choisie ne peut donc être imposée à tous mais doit être réfléchie autour de certains projets particuliers. Par exemple, l utilisation exclusive de modèles d allocation de ressources en eau tiers ne permettrait pas de tester et de comparer différentes techniques de représentation et de simulation des modes de gestion. Les logiciels tiers fournissent en effet un seul mode de calcul (simulation à partir de règles ou utilisation de programmes d optimisation linéaire sur uniquement le pas de temps de calcul ou sur un horizon décisionnel déterministe ou etc). Un des objectifs de l environnement de modélisation générique HyD2002 est de pouvoir changer le «moteur» de simulation, afin de comparer divers modes de gestion, différents par leur représentation et par les algorithmes de calcul. Stratégies logiciels G-EAU 3/6 version mars-2007

4 Les enjeux Les questions de gestion se posent à différentes échelles de temps et d'espaces. Les axes de l UMR correspondent chacun à une échelle d appréhension des écosystèmes, des aménagements, des services d eau et des institutions qui doivent les gérer. Les logiciels actuellement proposés correspondent aussi à ces échelles. Un enjeu de recherche et développement important et récurrent réside dans le traitement de ces emboîtements d échelles. Cet enjeu devrait être soutenu par une offre structurée en modèles logiciels complémentaires. Notre présentation de 3 scénarios reflète l effectivité de cette structuration. Le scénario bas tire le constat de manque de moyens et de reconnaissance en termes de développements logiciels, qui ne permet pas d afficher des logiciels commercialisables. Le scénario ambitieux, à l inverse, présente l offre la plus structurée, avec une vision de positionnement à long terme qui nécessite une structuration forte d équipes et de moyens. Les activités et produits envisagés dans ces scénarios sont cumulatifs du scénario bas au scénario optimiste, ce scénario étant le plus complet. Des activités et/ou produits cités dans les premiers scénarios ne sont donc par forcément mentionnés ultérieurement. Quelques enjeux liés à ces changements d échelles : Afin de traiter la durabilité de systèmes, comment concevoir des tests de scénarios d'évolution, pertinents en termes d'évolutions socio-économiques et écologiques (ex : urbanisation, agriculture, biodiversité) et de variabilité hydrologique? Comment intégrer les stratégies long terme de planification de l aménagement des eaux avec les stratégies moyen terme d allocation des ressources en eau? Dans la gestion opérationnelle d aménagements en place, comment intégrer les stratégies moyen terme d allocation des ressources en eau et les tactiques de distribution à court terme, voire gestion temps réel? La complémentarité des équipes Divha et Transcan est ici évidente. Comment lier les modèles d allocation avec des modèles de demande en eau agricole basés sur des représentations socio-économiques?? Scénario bas Si le manque de moyens et de reconnaissance persiste, les développements vont dépendre d investissements personnels et donc aucun affichage clair de production logicielle ne peut être garanti. Détails des objectifs par «axes» : - allocation : JCPg souhaite valoriser sa double compétence informatique gestion des ressources en eau par : (1) à court terme, l obtention d un doctorat en informatique ; (2) à moyen terme, la préparation d une HDR en Sciences de l eau et aménagement. Dans ce scénario, Le projet OdefiX est donc arrêté. Pour répondre à des questions de recherche liées à des applications, JCPg utilisera les logiciels WEAP, MODSIM et HyD2002 (sans transfert aux partenaires), et valorisera ces études par des publications, sans la contrainte forte de développement et maintenance logicielle. Dans le cadre des travaux prévus sur le fleuve Niger, il est prévu d effectuer des simulations de gestion des barrages de Fomi et Sélingué avec Simulsen. Comme ce logiciel n est adapté qu à la gestion d un barrage indépendant, on devra donc faire des simulations séparées pour les deux ouvrages, avec des objectifs de gestion découplés. La version Windows de Simulsen sera utilisée, sachant que des modifications de code peuvent y être apportées dans sa partie calculs programmée en Pascal mais pas dans son interface utilisateur programmée en Java. S il le faut, la version Dos de simulsen pourra toujours être utilisée par JCB pour supporter les adaptations nécessaires. - distribution : l équipe Transcan abandonne à l échéance de 5 ans le développement du logiciel SIC commercialisé et on en fait un logiciel de recherche interne utilisé en collaboration dans le cadre d appels d offre. Stratégies logiciels G-EAU 4/6 version mars-2007

5 - usages agricoles : Réalisation d une version opérationnelle et diffusable du logiciel ZonAgri par sous-traitance (contrat de recherche IAMM) auprès d un informaticien extérieur : écriture d un cahier des charges informatique complet et précis, écriture du code et test du logiciel. Pour réduire les temps de développement (et rester dans une enveloppe budgétaire raisonnable), on ne se préoccupera pas dans cette version de couplages futurs avec d autres modèles. Le développement d une version avec calcul des demandes en eau agricoles n est pas envisagé. Scénario moyen Ce scénario consiste à se donner des objectifs plus réalistes en fonction des moyens réels de chacune des équipes. Ces moyens en personnel correspondent à du personnel recruté sur 3 ans. Ces recrutements (thèses, CDD) correspondraient grossièrement à l échéance du renouvellement de l UMR. Ces moyens, même s ils ne sont pas permanents, permettraient de mener à bien des projets, afin de tester un fonctionnement plus structuré et d avoir une expérience concrète avant de décider d un investissement plus important en personnel permanent à réclamer auprès de nos instituts de tutelle lors du dossier de renouvellement de l UMR. Un enjeu important réside dans l'interopérabilité des modèles. En effet, permettre la collaboration entre des modèles de différentes natures est considéré au niveau européen (cf. projet HarmonIT, ) comme le seul mécanisme réaliste afin d'aller vers une gestion intégrée des ressources en eau, qui est au cœur des priorités de l'umr G-EAU et de la Directive Cadre Européenne sur l'eau (DCE). L'adoption de la solution générique openmi (open Modelling Interface, voir proposée par HarmonIT comme un standard de liaison entre modèles dans le domaine de l'eau et crédibilisée par l'implication forte d'instituts leaders au niveau européen (Danish Hydraulic Institute, Delft Hydraulics, HR Wallingford, etc), apparaît comme une garantie de l'ouverture des logiciels développés. Mais, l adoption de ce standard openmi s avère nécessiter un investissement important. En effet, 2 stages de Master Informatique Professionnelle ont porté sur ce thème en 2006 dans le cadre de modélisation générique OdefiX. Détails d objectifs par «axes» : - allocation : En cas d affectation en Equateur, JCPg a décidé d adopter la licence française de logiciel libre CeCILL pour les développements qu il dirige : org.odefix ; org.hydefix.hydpro (Hydro-project, nouvelle version de composants pour les modèles d allocation). CeCILL, élaboré par le CEA, le CNRS et l'inria, est la première licence qui définit les principes d'utilisation et de diffusion des logiciels libres tout en restant dans l'esprit de la GNU GPL. Cette licence a vocation à être utilisée en particulier par les sociétés, les organismes de recherche et établissements publics notamment français. CeCILL est aussi tout à fait adaptée pour des projets internationaux. Afin de travailler avec des développeurs en France et en Equateur, il va être mis en place des moyens de travail collaboratif sur les projets org.odefix et org.hydefix.hydpro. JCPg va participer en juin 2007 à une formation collective proposée par la DSI/IRD sur subversion, logiciel de gestion de versions de sources logiciels. Ceci est proposé dans des sites comme sourceforge, qui est le plus ancien et le plus important, adminsource.gouv.fr, la plate-forme collaborative proposée à l'ensemble des administrations Françaises pour leurs développements de logiciels libres. Ces platesformes proposent une infrastructure pour gérer son projet avec la gestion des versions des sources, des bugs, des tâches, des forums pour la communication Moyens : au minimum 1 CDD informaticien sur 3 ans (org.odefix, org.hydefix.hydpro, intégration openmi) + 1 thèse en allocation des ressources en eau (méthodo : pertinence scénarios d évolution, planification vs allocation) + collaborations avec l unité D OC du LIRMM pour les liens entre génie logiciel (objets et composants), représentation des connaissances et raisonnements, systèmes d'information. Stratégies logiciels G-EAU 5/6 version mars-2007

6 Concernant Simulsen, la présence de personnel d appui en informatique permettrait d envisager ce qui suit : maintenance et, si nécessaire, adaptation de l interface utilisateur en Java ; collaboration de JCB, concepteur de Simulsen Dos, à l intégration de certaines spécificités du logiciel, dans le logiciel plus général Hyd-Pro (mode de prise en charge des consignes ; temps de propagation ; calcul des niveaux requis dans un réservoir en fonction des objectifs de gestion). - distribution : l équipe Transcan recentre les développements sur son cœur de métier : les modules de régulation et les ouvrages. Le protocole des interfaces OpenMi sera utilisé pour se coupler aux logiciels du marché qui proposent cette interface (Mike 11). Le code Fortran 77 est mis à jour vers Fortran 90. Les documentations sont réactualisées. L interopérabilité, via l interface openmi, entre les modèles d allocation Hyd-Pro et SIC sera testée. - usages agricoles : Pas de différence avec le scénario précédent. Il existe un besoin urgent d une version opérationnelle du logiciel ZonAgri. La version avec calcul des demandes en eau suppose des investissements plus importants. Scénario ambitieux Ce scénario implique l adoption d une vision à long terme qui revendique l affichage d une gamme de modèles logiciels commercialisables comme vitrine et capitalisation d un savoir-faire de l UMR G-EAU à différentes échelles d appréhension des systèmes d eau et l interopérabilité entre ces modèles afin de proposer l articulation entre différentes facettes de la GIRE. Il convient de distinguer la part informatique et la part modélisation thématique. Le recrutement d informaticiens permanents vise à diminuer le mélange des genres afin de valoriser les investissements de chercheurs et ingénieurs thématiciens. Pour la part informatique, le professionnalisme affiché nécessite : (1) l adoption de composants génériques communs, de type OdefiX ou autre, conformément à d autres instituts européens (composants Mike de DHI, Delft Tools, InfoWorks de Wallingford ) ; (2) l adhésion à un standard pour l interopérabilité des modèles logiciels (cf. openmi) ; (3) la mise en place d outils de travail collaboratif (cf. allocation dans le scénario moyen) et de procédures qualité pour la validation et les tests automatiques de nouvelles versions ; (4) la standardisation de la documentation (doc utilisateur et modèles multi langue et doc développeur) et le traitement de la maintenance (suivi des clients, bugs, etc). Ces activités très larges impliquent le recrutement d un minimum de 2 informaticiens permanents et d un assistant pour la partie documentation et suivi administratif des clients. Détails des objectifs par «axes» : - allocation : l équipe Divha poursuit le développement de la librairie org.hydefix.hydpro, avec notamment l intégration des stratégies d allocation et des tactiques de distribution, en lien étroit avec Transcan. La librairie permet la capitalisation des fonctionnalités Simulsen et étend celles-ci pour le traitement de plusieurs réservoirs avec prise en compte de la propagation afin de traiter notamment la problématique Niger. - distribution : l équipe Transcan continue à faire évoluer le logiciel SIC avec un certain nombre de développements sur son cœur de métier : modules de régulation temps réel dont interface Scada, ouvrages, module transport solide, module qualité + des évolutions vers le couplage avec les 2 autres niveaux : ouverture vers la variabilité hydrologique et les stratégies moyen terme d allocation en relation avec Divha, ouverture vers les demandes en eau agricole en relation avec l axe 3 - usages agricoles : Réalisation d un cahier des charges précis pour la version avec calcul de demandes en eau sur la base de la version opérationnelle de ZonAgri et en supposant un développement dans l environnement OdefiX afin de permettre un couplage avec le modèle d allocation Hyd-Pro. Stratégies logiciels G-EAU 6/6 version mars-2007