Intégration de modèles Illustration à partir du modèle STICS

Intégration de modèles Illustration à partir du modèle STICS P.Chabrier (U.BIA, INRA Toulouse), E.Casellas (U.BIA, INRA Toulouse) H.Raynal (U.BIA, INRA Toulouse) Journée RECORD, 27 janvier 2011 1

Introduction Intégration de modèles ou Couplage de modèles Un enjeu fort pour la modélisation des agroécosystèmes (multimodèlisation ou couplage hybride) VLE (basé sur DEVS) un cadre formel pour faciliter cette intégration Journée RECORD, 27 janvier 2011 2

STICS Nous avons choisi d'illustrer la mise en œuvre de couplages dans le cadre RECORD, à partir de projets ayant utilisé le modèle STICS. Pourquoi? Modèle STICS Modèle de fonctionnement des cultures à pas de temps journalier Développé par l'inra depuis 1996 (U. Agroclim, Avignon N.Brisson) Largement utilisé (plus de 150 publications scientifiques) (version de réf. Modulo Stics) D'un point de vue informatique : Langage Fortran 90 Non codé sous VLE A donc nécessité un travail d'ingénierie : encapsulation sans intrusion dans le code Journée RECORD, 27 janvier 2011 3

Les paquets STICS sous RECORD Comment sont ils produits? Journée RECORD, 27 janvier 2011 4

Les paquets STICS 2 paquets informatiques pour la mise en œuvre de STICS sur la plate-forme : SticsGeneric SticsAdapt Fonctionnalités : Couplages possibles en sortie avec l'ensemble des variables d'état de STICS Couplages possibles en entrée : En mode synchrone : la météo En mode asynchrone : le pilotage de l'itk Rotations ou successions culturales Accès aux paramétres (exemple couplage avec R pour travail sur le modèle) Journée RECORD, 27 janvier 2011 5

Chaîne de production Caratéristiques : Ne Modifie pas le simulateur d'origine. En grande partie automatisée. Repose sur des outils existant et gratuits (Doxygen, Perl). Une architecture relativement simple. Contexte favorable : Projet de Modularisation de STICS. Approche source «ouvert». Communication avec les auteurs. Formalisme assez compatible. Journée RECORD, 27 janvier 2011 6

Perspectives susceptibles d'intéresser la communauté RECORD Permettre d'autres types de couplage : exemple en lien avec la problématique des bio-agresseurs. Modèles de bio-agresseurs impactent la dynamique des processus de la plante. D'autres niveaux de modularité : Modularité actuelle : STICS jour Passer à un niveau de modularité inférieur (niveau processus). Permettrait de disposer des modules de STICS sous forme de paquets indépendants Journée RECORD, 27 janvier 2011 7

Autres travaux d'encapsulation Motivation à ces travaux d'encapsulation : «Récupérer» du code existant Modèles qui peuvent être exploités dans différents contextes (ex : code source exploité dans différentes plates-formes) Travaux d'encapsulation en cours ou réalisés. TNT : (Transfert nitrates et topographie)- UMR SAS INRA Rennes (mis en œuvre dans le projet Acassya. Couplage à Melody) Florsys : modéle d'évolution des adventices dans les parcelles cultivées. UMR Agroécologie INRA Dijon - CERES-EGC : modèle de simulation des cycles eau-carbone-azote dans les agro-écosystèmes. UMR Environnement et Grandes Cultures INRA Grignon Journée RECORD, 27 janvier 2011 8

Intégration de STICS à partir des paquets mis à disposition dans la plate-forme Journée RECORD, 27 janvier 2011 9

Capacités d'intégration En terme de modélisation, les projets ayant utilisé la plate-forme et les paquets STICS disponibles ont bénéficié : d'une ouverture à la multi-modélisation, (en particulier couplage à des modèles de décision qui sont de type événementiel) de fonctionnalités pour mettre en œuvre la spatialisation statique du modèle (la structure spatiale n'évolue pas au cours de la simulation) et la spatialisation dynamique (la structure spatiale évolue au cours de la simulation) de fonctionnalités pour mettre en œuvre l'évolution dynamique d'un graphe (application à la simulation de rotations/successions culturales) Journée RECORD, 27 janvier 2011 10

Multi-modélisation L'utilisation de différents formalismes. Exemple de MOuSTICS (J.E. Bergez UMR AGIR INRA Toulouse) : Le sous-système Biophysique, la position sur une parcelle, est une équation aux différences. Le sous-système Opérant, est un ensemble de modèles d'opérations techniques, qui sont modélisés à l'aide diagrammes d'états-transitions. Le sous-système de Décision est implémenté en utilisant l'extension Décision(Faits, Règles de décisions, Prédicats, Activités) Journée RECORD, 27 janvier 2011 11

Spatialisation Simuler simultanément! MOuSTICS (J.E. Bergez UMR AGIR INRA Toulouse) : La position du système d'irrigation constitue une discrétisation de la parcelle. Une parcelle est décomposée une position, ou trois positioin. CRASH (J. Dury UMR AGIR INRA Toulouse) : Raisonner l' assolement. Spatialisation d'une exploitation agricole. La définition d'une résolution infra-parcellaire. La configuration des exploitations provient d'un SGBD La solution repose sur les modèles de type exécutifs, et la notion de classe de modèles. (ModeratoSunflo) Journée RECORD, 27 janvier 2011 12

Modélisation dynamique Le projet ANR MicMac-design : «Conception et évaluation par expérimentation de prototypes de systèmes de culture intégrés à bas niveau d'intrants» (E.Justes UMR AGIR INRA Toulouse) Conception et implémentation d'un framework de simulation dont un des composants majeurs est : Entité : STICS couplé à un modèle de décision Intégration de cette entité dans une rotation à 3 ans. Au cours de la même simulation, on va successivement changer de modèle : Stics Sol Nu Stics Culture 1 (ex : Blé Dur) + modèle de décision (ITK blé dur) Stics Sol Nu Stics Culture 2 (ex : Sorgho et modèle de décision (ITK Sorgho) Stics Sol Nu Stics Culture 3 (ex : Tournesol) et modèle de décision (ITK Tournesol) Journée RECORD, 27 janvier 2011 13

Modélisation dynamique Mise en œuvre à l'aide du modèle Rotator, inclus dans le paquet SticsAdapt Le paramétrage associé Possibilité de substituer à Stics Tournesol, le modèle de culture Sunflo Journée RECORD, 27 janvier 2011 14

Multi-simulation Simulations sur un grand nombre de scenarii (ce qui change d'une simulation à l'autre ce sont les données d 'entrée et/ou le paramétrage). La multi-simulation a été réalisée dans différents projets en utilisant : les fonctionnalités plan d'expérience complet ou linéaire disponible disponibles dans VLE Logiciel R Des projets en phase de démarrage vont nous permettre de tester le travail sur cluster en particulier Meta-programme INRA Vigie med échelle bassin versant maillage échelle km2 Journée RECORD, 27 janvier 2011 15