parcours d’un chercheur modélicien …

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1 parcours d’un chercheur modélicien …
Doctorat Mathématiques Appliquées UMII > University of Leicester U.K. > University of Greenwich U.K. > Sanofi-Recherche Montpellier > fMRIB University of Oxford U.K. > DESS Informatique > IRD-Maison de la Télédétection… 10 articles (CC), 4 abstract (CC), 5 articles (non CC), 2 chapitres, 10 communications orales, 6 communications affiches, 3 paquets, 1 thèse, Je vais vous raconter mon parcours depuis mon doctorat à l’UMII jusqu’à mon poste actuel à l’IRD- Montpellier à la maison de la télédétection, avec quelques traversées de la Manche entre les deux. Le profil que je présente est celui d’un modélicien c. a. d. un modélisateur venant des disciplines des modèles … (mathématicien, statisticien informaticien) Ce n’est pas simplement une boutade ; je pense que dans une approche interdisciplinaire de la modélisation environnementale des systèmes complexes, la discipline des modèles devrait être mieux représentée que seulement par des thématiciens modélisateurs. Mon projet s’intitule « Modélisation Spatiale à l’interface entre Natures et Sociétés des Changements du paysage en zone aride et semi-aride. « Modélisation Spatiale à l’Interface entre Natures et Sociétés des Changements du Paysage en Zone aride et semi-aride » CR2 à l’ css3 Didier Leibovici

2 de l’analyse statistiques de données spatio-temporelles …
Doctorat Mathématiques Appliquées UMII > University of Leicester U.K. > auto-corrélations et structures spatiales, longues séries temporelles de l’évolutions de la mortalité asthmatique en France, … INSERM Montpellier (entre 90 et 94) «Facteurs à Mesures Répétées et Analyses factorielles : applications à un suivi épidémiologique de VIH+» (thèse soutenue en 93) INRA unité de Biométrie/UMII Département de Mathématiques vieillissement cognitif et facteurs de risque (étude longitudinale Eugéria) INSERM & Dept Epidemiology, Leicester (post-doc 94-95) 4 articles (CC), 5 articles (non CC), 2 chapitres, 7 communications (o), 1 paquet, 1 thèse Lors de mon doctorat en Statistiques je me suis intéressé à l’apport de la méthodologie des analyses multidimensionnelles, appliqué à l’analyse de la variance sur facteurs à mesures répétées. J’ai proposé des ACP particulières permettant une description des statistiques de tests d’hypothèses. J’ai aussi proposé une extension des analyses multidimensionnelles sur matrices à des analyses sur tableaux à plus de deux entrées représentés mathématiquement par des tenseurs ( c a d une forme multilinéaire alors qu’une matrice peut être associée à une forme bilinéaire). J’ai aussi participé à d’autres études impliquant l’espace et le temps. Par exemple sur l’évolution de l’asthme en France ou on a utilisé des méthodes de séries chronologiques tout a fait classique mais aussi des analyses spatiales type décomposition de l’indice de Geary (promulgué par Daniel Chessel à l’époque). Un post-doc en angleterre m’as permis d’approfondir les méthodes de classifications automatiques et de relier des facteurs de risque au changement cognitif. Épidémiologie, longitudinal,modèle linéaire, modèle logistique, classifications automatiques, analyse de la variance par modèles univariés, multivariés, tensovariés CR2 à l’ css3 Didier Leibovici

3 de l’analyse statistiques de données spatio-temporelles …
> University of Greenwich U.K. > Sanofi-Recherche Montpellier > fMRIB University of Oxford U.K. > décomposition en tenseurs élémentaires en dimension infinie, analyses de distributions multivariées University of Greenwich (Research fellow 95-96) tables multi-entrées et analyse d’EEG-quantifié en études pharmaco-dynamiques (phase IIa) Sanofi-Recherche (Chercheur post-doc Statisticien 97-99) modèles en analyse d’études multi-sujets d’imagerie IRMf University of Oxford (Research fellow 99-01) 6 articles (CC), 3 abstract (CC), 5 communications (1 o 4 aff), 2 paquets, 6 rapports Après un poste de research fellow sur des aspects plus théoriques, j’ai travaillé sur des données d’images cérébrales (EEG chez Sanofi ou IRMf à Oxford) donc des données spatio-temporelle de façon incontournable … ou l’adaptation des méthodes d’Analyse en Tenseur Principaux issus de ma thèse a été très efficace. Des prolongements de l’approche tensorielle ont été aussi envisagés par exemple avec les méthodes PLS (partial Least squares) cad pour des problèmes de multi-collinéarité ou avec l’approche ICA pour trouver des composantes les moins Gaussiennes possible (maximisation de la négentropie). A oxford le laboratoire vraiment multidisciplinaire (neuropsy, physicien et le groupe analyse d’image (statisticien, chercheur sur le traitement du signal etc…) était très stimulant et tout ça se concrétisait dans un logiciel de traitement adaptés aux usagers. J’ai eu envie d’approfondir cet aspect informatique. espaces fonctionnels, tables de contingences, signal spatial, observations répétées, analyses tensovariées, séquence d’images, modèle mixte, comparaisons multiples CR2 à l’ css3 Didier Leibovici

4 > DESS Informatiques> IRD-Maison de la Télédétection…
à la modélisation géomatique des dynamiques > DESS Informatiques> IRD-Maison de la Télédétection… DESS double Compétence en Informatique : systèmes d’informations, langage de conception, algorithmiques et structure de données, web UMII (en formation 01-02) modélisation environnementale spatialisée SIEL (programme ROSELT) Système d’Information de l’Environnement Local : SIG + modèles Réseau d’Observatoires de Surveillance Ecologique à Long Termes : 14 pays (circum-sahara), 30 observatoires labellisés, plateforme de recherche et opérationnelle plusieurs missions d’appui scientifiques et techniques (modélisation, formation , terrain) IRD US « Désertification » (depuis fin 02) couplage de modèles pour la dynamique des paysages (programme DeSurvey-IP FP6) Desertification Survey : 40 laboratoires Européens, 3 Magrehb, 1 Sahel, 1 Chine, 1 Chili IRD US « Désertification » (depuis 05) 6 articles (préparation CC), 1 abstract (CC), 4 communications (2 o 2 aff), 2 paquets, 2 rapports Me voilà donc de retour en France. Ma formation en informatique a débouché à travers la découverte de la géomatique sur le poste que j’occupe actuellement dans l’unité Désertification. Ma contribution à la modélisation environnementale concrétisé dans le logiciel.SIEL S.I.E.L a évolué sur ces trois ans de chargé du projet de développement au niveau purement informatique à la participation aux choix conceptuels et méthodologiques. Le SIEL consiste en une modélisation ressources/usages au niveau du paysage en zones rurale dans les observatoires ROSELT. Il permet la spatialisation modélisée de l’utilisation des ressources naturelles par les pratiques d’exploitation. On peut effectuer des simulations suivant des scénarios simple d’évolutions de quelques paramètres (driving forces) Un de ces paramètres est la pluie associé à la production primaire. Dans notre participation au programme européen DeSurvey je cherche actulement à coupler le SIEL avec PATTERN un modèle d’érosion et de dynamique de croissance de la végétation développé au King’s College of London. conception objet, géomatique, SIG, algorithmes de spatialisation, dynamiques ressources/usages, zones arides et semi arides, approche réseau d’observatoires CR2 à l’ css3 Didier Leibovici

5 > en cours de rédaction
1er auteur A method to Classify Ecoclimatic Arid and Semi-Arid Zones in Circum Saharian Africa Using Dynamics of Multiple Indicators. (GIScience and Remote Sensing) Ecoregion Delineation Model for Circum-Sahara ecological Monitoring of Desertification. (International Journal of Geographical Information Science) A Landscape Modelling decision tool for desertification assessment using a Local Environmental Information System(SIEL). (Environmental Modelling & Software) co- auteur Concepts and Methods to restructure the landscape according to resources/uses interactions. (Landscape Ecology) Integrated environmental and socio-economic modeling using SIEL for desertification monitoring and assessment in the observatory of Menzel Habib (South Tunisia). (Journal of Arid Environments) First results on assessing and predicting anthropogenic pressure on vegetation using SIEL/ROSELT at the observatory of Ferlo (Senegal). (Arid land Research and Management) 2 articles sur la représentativité des observatoires ROSELT au niveau bio-géographique: l’un uniquement avec les paramètres éco-climatiques, l’autre en essayant de garder le principe nature et Société du SIEL. 2 articles sur le modèle SIEL au niveau conceptuel et méthodologique 2 articles sur l’application du SIEL sur un observatoire au Magrehb et un au Sahel CR2 à l’ css3 Didier Leibovici

6 > enseignements et (co)-encadrements …
formations diplômantes : Module Multivariate Methods niveau MSc (Master of Science), university of Greenwich, UK. (1996) Opérateurs Spatiaux en Géomatique niveau Master, université de Montpellier II (2004, 2005, 2006,…) formations planifiées : Série de séminaires de formation linear model and fMRI studies, university of Oxford, UK. (1999, 2000) sessions de formations : de 6 à 10 jours autour de la modélisation environnementale et le SIEL (chercheurs du réseau ROSELT), IRD – Maison de la télédétection (2003, 2004, 2005, …) 1master (géomatique : Représentativité des Observatoires ROSELT, écorégions 2004) 1master (environnement : Modélisation Systèmes Pastoraux pour le SIEL 2005) 2masters (informatique: Production automatique de métadonnées 2004, Migration de schéma de base de données 2005) Au niveau des enseignements j’ai participé à un peu tous les styles, notamment les sessions de formation soit à Montpellier avec les partenaires qui venaient par groupes d’une dizaine au maximum, soit durant des missions dans les pays. J’ai pu encadrer ou co-encadrer 4 masters autour de la modélisation environnementale et du SIEL. 10 articles (CC), 4 abstract (CC), 5 articles (non CC), 2 chapitres, 10 communications orales, 6 communications affiches, 3 paquets, 1 thèse, CR2 à l’ css3 Didier Leibovici

7 > projet de recherche
« Modélisation Spatiale à l’Interface entre Natures et Sociétés des Changements du Paysage en Zone aride et semi-aride » méthodologies et techniques de modélisation spatiale des changements du paysage et spécificité des zones arides et semi-arides caractérisations spatiales et temporelles des changements, des usages humains des ressources naturelles et leurs interactions élaboration d’indicateurs d’état et de d’évolution de l’utilisation des ressources naturelles dans la dynamique de structuration du paysage outils d’aides à la décision pour la gestion des ressources naturelles Mon projet part du fait que les économies des pays en développement repose en grande partie sur l’exploitation des ressources naturelles renouvelables. Les dynamiques sociales interagissent avec les évolutions des écosystèmes à travers les usages de ces ressources et ceci en dépendant d’acteurs et de déterminant multiples. Mes acquis de recherche antérieure nourris de plusieurs domaines d’applications avec leurs spécificité méthodologique d’approches modélisantes sont je pense un plus dans l’appréhension des données spatio-temporellles environnementales. Dans la continuité de mon activité actuelle mon projet est focalisé sur une recherche approfondie sur les méthodologies et techniques de modélisation des dynamiques d’interactions entre les usages et les ressources naturelles dans les zones arides et semi-arides Le paysage est spatio-temporel et son changement est structuré par ces dynamiques interactives. Outre une recherche de généricité dans la démarche les finalités recherchées sont de contribuer à la création d’outils de suivi environnemental des régions arides et semi-arides. Dans les régions arides et semi-arides ces dynamiques se traduisent par une pression croissante sur les écosystèmes entraînant souvent une dégradation des terres, un processus qui est amplifié suivant les aléas climatiques. modélisation environnementale, écologie du paysage, systèmes complexes, approches spatiales interdisciplinaires, processus de désertification, information environnementale, indicateurs CR2 à l’ css3 Didier Leibovici

8 > méthodologies les différentes démarches et techniques de modélisation spatiale du paysage les méthodologies d’intégrations de différents aspects des sociétés et de leurs dynamiques les aspects et méthodes d’analyses spatio-temporelles des changements les techniques d’analyse des dynamiques spatiales d’unités géographiques les changements d’échelles géographiques et temporelles les méthodologies d’intégrations de différents aspects des ressources naturelles et de leurs dynamiques les problèmes de validation des modèles Les méthodologies pour atteindre ces objectifs sont listées dans la page résumé de mon dossier et je vais maintenant en décrire qq unes. Alors tout d’abord j’ai mentionné dans le bas de l’écran qq outils techniques du modélicien, jouant un rôle dans une approche spatio-temporelle d’études d’interactions Il y en a d’autres, existants ou à créer, mais pour moi le modélicien ne cherche pas forcément à innover dans une discipline particulière mais plutôt à concilier les méthodes, les concepts, les objectifs afin d’inover dans la création d’un modèle. mathématiques (EDP,morphologie…), statistiques (‘’probabilités’’, données symboliques, Markov caché, géostatistique…), informatique (IA,objet symboliques, SMA,…), géomatique (algorithmes spatiaux, SIG,…) CR2 à l’ css3 Didier Leibovici

9 Méthodes de spatialisation de ces déterminants
les différentes démarches et techniques de modélisation spatiale du paysage les méthodologies d’intégrations de différents aspects des sociétés et de leurs dynamiques Déterminants spatiaux et/ou temporels liés aux pratiques d’exploitations des ressources Méthodes de spatialisation de ces déterminants Prise en compte des différentes échelles -déterminants propres des pratiques utiles aux changements du paysage? -distinguer facteurs déterminants thématiques (e.g. sol, eau, végétation) des facteurs de contraintes (e.g. topographie, distances, saison, ‘foncier’, variabilité des pluies) ? -doit on spatialiser tous les usages (modéliser le conflit), un usage structurant (SIEL) ou hiérarchiser les usages ? -SMA versus algorithmes déterministes un seul pas de temps versus algorithmes itératifs (e.g. couplage PATTERN-SIEL) ? -SMA et connaissance de l’espace (agents cognitifs)? Dans le a Je mentionnerai juste que je m’intéresserai particulièrement à la Pertinence pour les Zones arides et semi-arides -une hypothèse à tester est la validité des modèles socio-eco de spatialisation du land use pratiqué dans les modèles européens? dans notre WP j’ai soumis l’idée d’une comparaison PATTERN-SIEL versus PATTERN-Riks (MEDALUS) Jeffara(TUN) ? Dans le b En collaboration interdisciplinaire sur les déterminants des pratiques d’exploitation, je chercherai à dégager les caractéristiques spatiales et temporelles utiles à l’analyse des changements du paysage? Est il possible de distinguer des déterminants d’intéractions … de facteurs de contraintes? Ou suivant des dynamiques rapides ou lentes certains facteurs de contrainte peuvent devenir des déterminants d’intéractions? Doit on modéliser le conflit entre usages ou chercher un usage structurant le paysage? L’utilisation des Syst Mult Agents sera recherché … Introduire la connaissance de l’espace dans les SMA (agents cognitifs) illustre mieux l’interaction avec les ressources ? CR2 à l’ css3 Didier Leibovici

10 les aspects et méthodes d’analyses spatio-temporelles des changements
Caractéristiques spatiales et temporelles des constituants des modèles un constituant =élément tangible vue ou représentation d’un déterminant (=cause potentielle « objet »: naturelle et/ou comportement) du modèle Rôles dans le modèle, dans les résultats Indices de changements spatiaux, temporels associés -quels indices comme indicateurs pertinents? (e.g. dimension fractale, entropie, autocorrélation) -indice de variabilité spatio-temporelle? -synthétiser les dynamiques a posteriori (e.g. PTAk) -apports de la géostatistique spatio-temporelle/processus ponctuels? -champs de Markov spatio-temporel? -morphométrie? -unités géographiques comme agents (SMA)? les techniques d’analyse des dynamiques spatiales d’unités géographiques Prendre en compte l’aspect entité unitaire Dynamiques propres Dynamiques d’intéractions Le c est proche d’une méthodologie statistique puisque je vais ici m’intéresser à caractériser et analyser les variabilités des éléments tangibles des dynamiques …. appelés constituants du modèle Par exemple si l’on prend comme déterminant du modèle les bons paturâges, comme étant attracteur des bergers et troupeaux dans le modèle. Suivant le ou les critères liés à « bon patûrage » : une surface connexe, une densité ou les deux à la fois de phytomasse herbacée sont des constituants du changement. Les indices de variabilité et les méthodes basés sur ces indices pour décrire la structuration spatio-temporelle seront envisagés …et ce aussi bien pour en tenir compte dans le modèle que pour analyser et présenter les résultats. Des méthodes orientées ou à orienter sur le spatio-temporel en un seul tenant sont à envisager. Le d s’inspirera fortement du c en se focalisant sur l’aspect entité unitaire des unités géographiques étudiées. Beaucoup de leçons sont à tirer du projet LUCC. CR2 à l’ css3 Didier Leibovici

11 les changements d’échelles géographiques et temporelles
les méthodologies d’intégrations de différents aspects des ressources naturelles et de leurs dynamiques Déterminants spatiaux et/ou temporels en interactions (liens avec d.) Utilisation télédétection & terrain pour spatialiser (unités paysagères) Couplages de plusieurs modèles (croissance végétale, érosion …) Modèle d’impact des sociétés (pratiques d’exploitation) Prise en compte des différentes échelles -déterminants propres des ressources naturelles utiles aux changements du paysage ? -différents types d’unités paysagères ou une seule avec plusieurs attributs (constituants) ? - sont ils « coexistants » « en interaction » « en compétition » ? -distinguer facteurs déterminants thématiques (e.g. sol, eau, climat) des facteurs de contraintes (e.g. topographie, saison, activités humaines) ? -SMA (agents paysagers) versus algorithmes déterministes un seul pas de temps versus algorithmes itératifs (e.g. couplage PATTERN-SIEL) ? les problèmes de validation des modèles Pour le e Je considererai des modèles ou coexistent plusieurs échelles! Pour les problèmes d’interpolation ou d’extrapolation un rapprochement de la géostatisque et des champs de Markov est à étudier ? c a d allier une connaissance de l’hétérogénéité spatiale avec une connaisance des liens de voisinage (c’est peut-être pas loin des analyses lisses et anti-lisse de Méot et Chessel) La partie f est le pendant de la partie se focalisant sur l’intégration des aspects des sociétés (b). Ici la télédétection est un des outils de mesure. Il faut quand même bien voir que dans ces deux parties ce que l’on mesure comporte une part d’intéraction. Pour simuler les dynamiques le couplage avec des modèles existants sera recherché. CR2 à l’ css3 Didier Leibovici

12 >projets associés en cours et perspectives du projet …
partenaires du réseau ROSELT aussi impliqués dans DeSurvey-IP : Institut des Régions Arides (TUN), Centre de Suivi Ecologique (SEN), CRSTRA/Faculté d’Alger (DZA), ORMVAO/DREF(MAR) extension DeSurvey-IP sur ROSELT au Niger et Egypte (en cours) projet ANR biodiversité «De la carte à la charte : Systèmes d’information et gouvernance locale des espaces à enjeux de conservation en Afrique » extrapolation du local au national sensibiliser la communauté scientifique des modélisateurs et modéliciens aux développements d’outils spécifiques sur la surveillance environnementale des zones arides et semi-arides formations sur la modélisation dans un projet d’écoles d’été circum-saharienne sur l’observation à long terme sur la désertification Pour réaliser ce projet interdisciplinaire, je devrais évidemment développer des collaborations étroites avec des thématiciens du sud et du nord s’impliquant dans la modélisation environnementale. Mon souhait d’affectation à l’unité Désertification entre dans cette logique avec le riche partenariat apporté par le réseau ROSELT (réseau pluridiscilinaire et interdisciplinaire) et dont une partie est dans le programme européen DeSurvey . J’ai contribué à la rédaction d’un projet ANR dans le but de mieux intégrer les aspects gouvernance locale dans la modélisation qui dans ce cas sert aussi à ce que l’on appelle la modélisation d’accompagnement. Les perspectives projet sont à la fois méthodologiques, par rapport à l’extension du paysage afin de proposer des outils de décision nationaux, scientifiques sur la sensibilisation à ces problèmes et aux démarches méthodologiques, et « scholastiques » par rapport à un projet que l’unité a de créer une école d’été sur l’observation environnementale dans les régions arides et semi-arides CR2 à l’ css3 Didier Leibovici