PROJET de PARI SCIENTIFIQUE - 2011

Département Environnement et Agronomie - Instruction Budgétaire 2011 PROJET de PARI SCIENTIFIQUE - 2011 Cet appel d offre élargit l ancien appel d offre «projets innovants» à des projets d innovation méthodologique, de prise de risque sur une entrée scientifique, de consolidation de résultats préliminaires en vue par exemple de préparer un projet (ANR, PCRDT, ) ou pour établir de nouvelles collaborations, de nouveaux partenariats. Note : merci de conserver la mise en page, la police et la taille (arial 10) Unité (n codique et nom) : UMR SAS (Agrocampus Ouest INRA, n 1069) Responsable du projet : Rodéric Béra MC Agrocampus Ouest Titre du projet : WPS pour les Hydro, Pédo et Agro-Systèmes HYdro-, PEdo- and Agro-System WPS HYPE AS WPS Enjeu Structurant (EnjS) : 1 2 3 4 sans objet Champ thématique (CT) : 1 2 3 4 sans objet Type de pari : Innovation méthodologique Projet d ingénierie Prise de risque sur une entrée scientifique Résultats préliminaires pour projet ANR projet PCRDT nouveaux partenariats nouvelles collaborations Autre :.. Résumé du projet et de ses objectifs (1/2 page) L'intérêt tant scientifique que d ingénierie à l'accessibilité des données est évident et l'inra, dans son Document d'orientation 2010-2020, reconnaît cet enjeu comme critique. La directive européenne INSPIRE, transposée en droit français en octobre 2010, a accéléré la prise de conscience des producteurs publics de données géographiques. Dans cet esprit, notre équipe s est engagée, à travers le projet CATI «VIDAE», dans la production d une plateforme Web permettant l accès à des bases données géographiques et sémantiques (WMS/WFS). Nous faisons le pari que ces développements récents vont s accompagner d un besoin croissant d accès à des outils d'analyse et de modélisation de ces données. La norme OGC permettant cet accès via le Web existe : c est le WPS, pour Web Processing Service. Très peu d applications sont disponibles actuellement 1, et concernent principalement la mise en œuvre de fonctions d'analyse SIG, limitées et asynchrones 2. Cependant la communauté du Web géospatial commence à s'engager dans cette voie, et entrevoit les moyens de compléter (WPS transactionnels 3 ) et de tirer avantage de cette norme 4. Nous pensons que l INRA peut et doit se positionner en tant que pionnier dans ces développements. 1 Foerster, T., Schaeffer, B., 2007. A client for distributed geo-processing on the Web. Proc. Of the 7 th International Conference on Web and Wireless Geographical Information Systems (W2GIS'07, Cardiff) (Eds. Ware, M., Taylor G.E.), Springer, 252-263 2 Michaelis, C. D., and Ames, D. P., 2009. Evaluation and implementation of the OGC Web Processing Service for use in client-side GIS. Geoinformatica, Springer, 13-1, 109-120 3 Schaeffer, B., 2008. Towards a Transactional Web Processing Service (WPS-T). GI-Days'08, Münster 4 Kiehle, C., Greve, K., Heier, C., 2007. Requirements for the next generation Spatial Data Infrastructures Standardized Web-based geoprocessing and Web service orchestration. Transactions in GIS, Wiley, 11-6, 819-834 PariScientifique-HypeAsWPS.doc 1/7

Nous proposons, à travers un serveur de processus (WPS), de constituer une plateforme générique, modulaire et interopérable accueillant une boîte à outils de modélisation et d'analyse directement et facilement utilisable via le Web et de rendre celle-ci accessible au plus grand nombre. Cette plateforme sera testée avec la plateforme de données (WMS/WFS) constituée à l'occasion du projet VIDAE, avant d être proposée aux partenaires INRA concernés par la diffusion de processus (INFOSOL, Plateformes de modélisation, ). Les objectifs de ce projet sont les suivants : 1. Développer un serveur WPS appuyé sur un serveur WMS/WFS déjà existant, et y développer les capacités de modélisation et d'analyse évoquées plus haut ; 2. Mettre, ce faisant à disposition de la communauté scientifique, voire du public, un ensemble cohérent d'outils de modélisation et d'analyse inédits, en environnement, issu des travaux réalisés à l'inra, mais potentiellement transposable à d'autres contextes ; 3. Aplanir pour la communauté scientifique les freins (organisationnels, techniques, et logistiques) à l'investigation, voire à la créativité, en rendant l'accès à la matière (les données) et aux outils (modélisation ou analyse, sous la forme de processus) transparent et facile, moyennant un navigateur ou un SIG connectés à Internet, via les services déjà évoqués, et faisant usage des ressources et performances disponibles sur le serveur ; 4. Favoriser la diffusion et l'utilisation des données et des outils pour un public plus large (enseignement, formation) et démontrer les ressources et savoir-faire dans différents domaines de compétence de l'inra, et constituer ce faisant une vitrine favorisant leur extériorisation ; 5. Assurer le développement pérenne et continu de ces services (WPS, mais aussi WMS/WFS) par la mise en place d'un site miroir. Enjeu scientifique et contexte du projet (1 page) Nous partons du constat général que de nombreux outils d'analyse et de modélisation s'appuyant sur des données (spatialisées ou non) ont été développés à l'umr SAS et, au-delà dans les autres unités INRA. Leur usage, à l'image de l'insuffisante valorisation d'un certain nombre de bases de données, reste trop souvent limité à quelques chercheurs, faute d'une stratégie et d'une infrastructure informatique qui permettrait une plus large diffusion. Pourtant, si on conçoit aisément que les opportunités d'investigation scientifique seraient grandement favorisées par une meilleure accessibilité et une plus large diffusion des données produites à l'inra, il faut s'attendre à un effet décuplé d une mise à disposition des outils de simulation et d'analyse.. Le présent projet propose donc de développer un serveur web d'outils d'analyse et de modélisation permettant leur mise à disposition de la communauté. Ce projet s'appuie sur le projet VIDAE en cours (initiative des UMR SAS et LISAH), lequel bénéficie des développements du projet d Infrastructure de Données Spatiales GeOrchestra, initiative de la DREAL Bretagne dans lequel nous sommes impliqués. VIDAE propose en l'état une accessibilité accrue à des données variées, et peut être vu comme un module additionnel à GeOrchestra pour une prise en compte plus complète des données non spatiales, et ouvert aux autres sources de données spatiales, issues notamment d'organismes publics, conformément à la directive INSPIRE. VIDAE fournit déjà les mécanismes adéquats pour l'exploration et la manipulation de ces données par serveur interposé, tirant avantage des services WMS/WFS, pour le Web de données spatiales raster/vecteur, mais aussi SQL et PHP afin d'y intégrer aussi les données non spatiales, comme par exemple les chroniques collectées par les ORE. Le serveur WPS de processus que nous mettrons en œuvre dans le cadre de ce projet complètera ces services en, permettant à chacun un accès simultané à des données originales et variées et aux outils les plus performants (et inédits) pour la modélisation et l'analyse. Les processus implémentés seront principalement des fonctions analogues à celles existant sur diverses plate-formes de modélisation de l'inra (comme TNT ou RECORD), ou à celles disponibles dans certains SIG spécialisés (GRASS GIS, en particulier). L'interaction avec le serveur de données et le serveur de processus/fonctions peut se faire directement à travers un navigateur Web sans qu'il soit nécessaire de charger localement données et/ou fonctions, ni de surcharger le réseau ou la mémoire du client. L'évolution actuelle des outils SIG conformes aux normes OGC rend aussi possible l'accès aux fonctions comme aux données servies de façon distante. L'utilisateur peut donc aussi travailler dans son environnement habituel. Les possibilités de celui-ci étant dans ce cas décuplées par rapport à une utilisation des SIG sans ces services distants. 2/7

L'analogie entre WMS/WFS et WPS peut aider à mieux comprendre l'enjeu : dans le premier cas, ce sont des données que l'on manipule à distance, alors que dans le deuxième ce sont des programmes informatiques déclenchés à distance permettant des traitements et l'analyse de données, généralement (mais pas nécessairement) géospatiales. Nous entendons dans un premier temps constituer un ensemble cohérent de services de gestion de données et de fonctions ou outils pertinents dans le domaine de l'eau et du sol en relation avec les activités au cœur de l'expertise de l'umr SAS. Nous veillerons cependant à assurer une approche générique pour garantir la possibilité de coupler notre outils aux plateformes INRA de modélisation à différentes échelles (parcelle, paysage, territoire, etc.). En particulier, au sein de l'umr SAS les outils d'analyse et de modélisation spécifiques sont insuffisamment diffusés malgré leur puissance ; un plus large accès serait donc une stimulation majeure pour la communauté scientifique. Ces outils incluent (par exemple et de manière non exhaustive) : modèles de drainage, délimitation de bassin versant, zones humides potentielles par indice de Beveren pente aval, connectivité du parcellaire par arbre de drainage parcelle,, (pour ce qui concerne les fonctions développées dans le cadre de MNT Surf) ; modélisations des diffusions (effluents, matière organique, en suspension, pesticides, azote, phosphore) en fonction du terrain, de la pluviométrie et des itinéraires techniques, (TNT, SACADEAU). D'autres outils pourront aussi être inclus, couvrant des besoins complémentaires dans plusieurs domaines : outils de modélisation développés dans le cadre d'autres plateformes INRA (fonctionnalités RECORD ou STICS, en particulier), analyse spatiale (fonctions GRASS GIS, par exemple), analyse statistique (sous R ; une bibliothèque spécialisé ayant été développée à Agrocampus- Ouest), visualisation et analyse graphique. Description du projet (2 pages) Le Schéma Stratégique 2010-2020 du département Environnement et Agronomie identifie (section B.2. Dispositifs et outils) les trois types de dispositifs et outils cruciaux pour ses activités: les dispositifs expérimentaux, les bases de données, les plateformes d'analyse et de modélisation. Faciliter l'accès aux données, à leur manipulation, ainsi que l'accès et l'utilisation des outils de modélisation et d'analyse, est non seulement une nécessité pour garantir l'augmentation des performances de la recherche, ainsi que la volonté politique de l'inra (extériorisation et valorisation, conformément au Document d'orientation 2010-2020 de l'inra) mais répond aussi à des obligations réglementaires (directive européenne INSPIRE). Les outils informatiques, les normes et protocoles en usage, rendent aujourd hui possible des développements spectaculaires dans ce domaine. Concernant les bases de données géospatiales, grâce au géoserveur geowww (geowww.agrocampusouest.fr), nous proposons déjà une solution générique, fruit des efforts déployés dans le projet GeOrchestra. GeOrchestra est une initiative de la DREAL Bretagne à laquelle nous contribuons en tant que développeurs et testeurs. Nous travaillons maintenant à intégrer à geowww les données aspatiales correspondantes. Pour cela nous nous sommes fixés comme cadre au projet VIDAE les données relatives aux ORE. Là aussi l'approche utilisée assure l'interopérabilité dans un but de généralisation aux données concernant d'autres domaines. Pour le présent projet nous changeons de paradigme et proposons le développement et la mise en œuvre d'un serveur d'outils de modélisation et d'analyse, complémentaire des services déjà développés, afin de constituer une plateforme complète d'hébergement, de catalogage, de gestion, d'analyse et de modélisation de données (polysémantiques et/ou géospatiales) utilisable par tous dans le but de capitaliser les 3/7

connaissance et d'optimiser leur transfert. Le terme de plateforme peut être inadéquat, puisque les différents services peuvent être distribués sur différents serveurs respectant les normes OGC, et accédés de façon transparente via l'un ou l'autre. En l'occurrence, métaplateforme serait un terme plus approprié, puisque les WPS doivent idéalement permettre l'accès aux fonctionnalités des différentes plateformes déjà opérationnelles, ainsi qu'à celles qui seront développées dans l'avenir. Le tableau ci-dessous met en perspective les deux types de dispositif et outils sujets de nos études. Insistons cependant que la proposition de projet scientifique concerne la dernière colonne, même si parallèlement à ce projet nous entendons renforcer les capacités et services afférents à la première colonne. Les exemples donnés concernent en premier lieu les opportunités et demandes identifiées au sein de l'umr SAS, en tant qu'objectif à atteindre à la fin 2012. Cet objectif doit être considéré comme une étape préalable à un déploiement plus large, dépassant les préoccupations et savoir-faire scientifiques de l'umr SAS, visant à une généralisations à d'autres équipes et plateformes INRA. En effet l'année 2012 doit aussi être pour nous une année d'ouverture et de prospection des possibilités de collaboration au sein de l'inra, par exemple en direction des CATI ou des équipes de développement de plateformes de modélisation spatialisée. Sur ce dernier point nous incluons RECORD et STICS au tableau ci-dessous à titre d'exemple, mais aussi de collaboration à établir en priorité à l'horizon 2012-2013. Dispositif/outil Bases de données Modélisation et analyse Nature du service données Processus Service web correspondant ou norme Exemples Données géospatiales :Web Map Service (WMS), Web Feature Service (WFS) Données aspatiales : PHP, SQL Données géospatiales : pédologie, hydrologie, position des piézomètres.., ainsi que toutes les données servies par des serveurs OGC à travers le monde Données aspatiales : chroniques et logs météorologiques, limnigraphiques, hydro/pédo/chimiques, et potentiellement toutes données extérieure utiles et disponibles) Web Processing Service (WPS) Fonctions INRA (MNT Surf, TNT, RECORD, STICS): Calcul de bassin versant, modèle de drainage, modélisation des zones humides potentielles, modèles de diffusion de MOS, pesticides N, P, modèles de cultures... Fonctions SIG avancées (exemple : fonctions vecteur et raster GRASS GIS) Fonctions et modèles statistiques (bibliothèques R, en particulier FAMT développé à Agrocampus-Ouest) Type de pari Technique Scientifique, Technique Enjeu : l'enjeu du projet se situe à trois niveaux : 1. Enjeu technologique : il s'agit de prendre le train des WPS et d'intégrer cette technologie à un ensemble cohérent de services à la recherche ; 2. Enjeu scientifique informatique : démontrer l'utilisation maximale des possibilités offertes par les différentes initiatives open source et rendues possibles par la standardisation (OGC, INSPIRE), l'interopérabilité et l'approche générique et modulaire en développement. 3. Enjeu scientifique thématique : le produit final offre, en complément des données, un ensemble complet d'outils de modélisation et d'analyse dont l'utilisation permet l'interpénétration des différentes thématiques et spécialités facilitant ainsi la transdisciplinarité, le changement d'échelle et de perspective. Opportunité : Les services WMS et WFS sont arrivés à maturité et nous les utilisons déjà intensivement dans VIDAE et GeOrchestra. Dans le domaine des services Web les innovations et opportunités viennent maintenant des 4/7

WPS. L'intérêt premier est donc tactique et consiste à prendre le train des WPS, et d'assurer à l'inra une position pionnière dans le domaine des services Web. D'autre part, comme évoqué précédemment, l'institut est assis sur une mine de données inexploitées ou insuffisamment exploitées. Si l'accès au minerai notamment par WMS/WFS est un premier pas, l'étape suivante concerne la transformation et la valorisation de ce minerai, grâce aux outils d'analyse et de modélisation éventuellement intégrés à des plateformes de modélisation. La question de l'accès aux outils et de leur simplicité d'usage, de leur ergonomie, est donc cruciale. Nous attendons un certain nombre de bénéfices pour la recherche et le rayonnement scientifique de l'institut : agrégation Interne à l'institut, extension des possibilités transdisciplinaires ; utilisation optimale des ressources scientifiques et des connaissances : cela inclue les données et modèles, rendant possible un changement d'échelle cognitif, au sens d'élargissement des perspectives,et computationnel, si l'on considère les facilités d'investigation et d'analyse offertes ; extériorisation : rayonnement et collaborations ou agrégation extérieure. D'un point de vue technique et tactique, l'inra se positionnerait aussi comme un acteur majeur dans le domaine du Web de données et du Web sémantique. Constituer une offre WPS est donc une nécessité pour ne pas devoir plus tard prendre en marche le train des WPS, voire de n'être plus tard que des clients de WPS produits par d'autres, et pas forcément à la mesure de nos besoins. Choix techniques : Les choix techniques des projets GeOrchestra et VIDAE se sont naturellement portés sur les logiciels open source les plus performants de part leur conception favorisant l'interopérabilité et le respect strict des normes (OGC, en particulier). Ces logiciels bénéficient en outre de communautés de développeurs et de testeur dynamiques, ce qui assure aux produits une qualité et une évolutivité appréciables. Nous évoluons donc avec des outils variés et complémentaires. Ainsi, pour VIDAE et ses bases de données : Postgresql, postgis ; pour GeOrchestra et ses données géospatiales : mapfishapp, geoext ou geoserver ainsi que geonetwork pour le catalogage de ces mêmes données. La programmation se faisant principalement en javascript et PHP. Ces outils sont conçus de façon modulaire, générique et sont donc facilement interchangeables ou actualisables. Ils sont en outre interopérables, suivant strictement les normes OGC. Les données sont de leur côté considérées conformément à la directive INSPIRE. Pour le présent projet nous restons naturellement dans ce cadre afin de garder un maximum d'ouverture dans nos développements et de pouvoir continuer à bénéficier en permanence des avancées et améliorations des différentes briques constitutives de notre édifice. La méthode choisie doit aussi permettre, le cas échéant de remplacer facilement une brique sans impacter le reste de l'édifice. Côté utilisateur : L'ensemble des flux mentionnés jusqu'à présent (WMS/WFS, WPS...) transite par le Web. La configuration minimal(ist)e nécessaire est donc un navigateur Web et une connexion Internet. Le client n'a besoin de rien télécharger ou installer, qu'il s'agisse de logiciels, d'extensions, voire de données. Les performances de sa machine ne sont pas mises à contribution : les processus, déclenchés par requête au serveur, s'exécutent sur le serveur, de même que pour l'accès aux données. L'interface la page web est conviviale et intuitive. On pourra se reporter à VIDAE sur geowww.agrocampus-ouest.fr pour un exemple restreint à l'affichage, l'exploration et la manipulation de données, donc sans les WPS. Côté serveur : Pour assurer une charge négligeable du/des processeur(s) client(s), il faut en revanche côté serveur des performances significatives, en rapport avec les ressources à mobiliser pour une fonction de modélisation donnée. C'est pourquoi nous envisageons l'acquisition et la mise en œuvre d'un serveur venant doubler le serveur geowww déjà en usage, afin d'assurer la qualité du service pas de surcharge, de prévoir sa montée en 5/7

charge, forcément importante à terme, et sa continuité. Il faut en particulier garantir un fonctionnement continu par une mise en miroir des deux serveurs sur deux sites différents. Calendrier : 1. Janvier-mars 2012: acquisition et mise en place serveur, sécurité, mirroring, etc. premières explorations concernant tactique de développement, la stratégie ayant été détaillée plus haut : développement compatible OGC, INSPIRE, modulaire, générique, interopérabilité maximale. 2. Stage master informatique : profil développement javascript, extjs, PHP. Durée 6 mois, de mars à août 2012. Si possible, une prolongation de 2 mois sur fonds propres pourra être envisagée 1. Constitution d'un état de l'art et d'un catalogue des options possibles, décision sur les options à favoriser. 2. Choix d'une sélection d'outils à adapter/intégrer/implémenter en tant que WPS, et réalisation d'une première maquette. 3. Constitution d'une documentation, éventuellement sous la forme d'un wiki, détaillant les opérations et recommandations. Idéalement il s'agira d'une procédure permettant de brancher ou d'encapsuler la fonction désirée en tant que service WPS de façon modulaire. La documentation sera ensuite actualisée tout au long du projet 3. Septembre 2011-décembre 2011: 1. réévaluation de la méthode arrêtée, tests poussés en situation réelle. On vérifiera en particulier que les services assurant la sécurité et la fiabilité du système sont opérationnels, que le système (serveur et accès réseau) est correctement dimensionné, que les services WPS et WMS/WFS préexistants fonctionnent en symbiose. 2. Des test et ajustement assurant l'optimisation du système (fiabilité et performances) pourront aussi être effectués tout au long de l'année 2012, parallèlement à l'étape 4, comme aide au contrôle qualité. 4. Janvier 2012-septembre 2012: poste sous contrat de 9 mois. Il s'agira de MOO au niveau AI, avec un profil informatique, idéalement licence pro en développement informatique. La tâche à effectuer consistera à implémenter l'ensemble des fonctions en tant que WPS, suivant les recommandations définies lors des étapes précédentes. Un premier ensemble complet et cohérent de processus/fonctions devra être à disposition de la communauté en septembre 2012 5. Octobre 2012-décembre 2012 : consolidation du dispositif et finalisation de la documentation en ligne, notamment des modes d'emploi, nécessaire à une bonne utilisation des fonctions mise à disposition. 6. Enfin, à mesure de la progression du projet, il faudra prévoir un ensemble de démonstrations et d'échanges auprès de différentes structures et équipes à l'intérieur de l'institut, afin de s'assurer de collaborations ultérieures, et au-delà, du développement continu de notre métaplateforme. Ces consultations pourront se faire dès début 2012, en complément de consultations similaire prévues en prolongement du projet VIDAE dès début 2011. En fonction de l intérêt suscité, ces échanges pourraient déboucher sur l élaboration d un projet ANR. 2011 2012 J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D 1 1 1 2 2 2 2 2 2 (2) (2) 3 3 3 3 (3) (3) (3) (3) (3) (3) (3) (3) (3) (3) (3) (3) 4 4 4 4 4 4 4 4 4 5 5 5 (6) (6) (6) (6) (6) (6) (6) (6) (6) (6) (6) (6) Partenaires impliqués dans le projet Les partenaires impliqués dans le projet sont au premier chef les producteurs et utilisateurs d'outils de modélisation de l'umr SAS, principalement localisés à l'inra de Rennes, ainsi que les concepteurs, développeurs et testeurs de cette même UMR. Ces derniers sont principalement issus de l'antenne INRA de Quimper et d'agrocampus-ouest mais également de l UMR Lisah de Montpellier. 6/7

Il convient aussi de mentionner GeOrchestra, à cause de nos interactions informelles mais suivies dues à notre implication au sein de cette communauté, et de l'intérêt que notre approche y suscite. Le projet est destiné à initier des collaborations auprès de différents partenaires INRA, en particulier les CATI concernés (ISIE au premier chef), les départements (EA, mais aussi MIA), et les acteurs du développement des plateformes de modélisation du département (en premier lieu RECORD). Argumentaire de la demande financière du projet La demande se monte au maximum envisageable pour cet appel d'offre, c'est-à-dire 30 000 sur 2 ans, lesquels seront ventilés comme suit : Environ 8000 seront réservés à l'acquisition d'un serveur. Ce serveur fonctionnera en miroir du serveur geowww.agrocampus-ouest.fr, déjà largement opérationnel pour les services de données. L'idée est de compléter ces services sur l'une et l'autre machine par les WPS d'analyse, traitement, modélisation envisagés dans le cadre de ce projet. La redondance opérationnelle entre les deux serveurs doit garantir la continuité du service. Idéalement, ces serveurs seront physiquement situés en des lieux différents. Le reste de la somme, soit 22000, financera un poste de MOO pour le développement de WPS. La durée envisagée est de 9 mois (soit un salaire net de 1500, environ) pour le développement et la mise en œuvre d'une offre diversifiée de WPS couvrant autant que possible les domaines d'expertise de l'umr SAS. Le stage pourra être financé sur fonds propres, ainsi que les déplacements prévus notamment en 2012. 7/7