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2000
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Simulation paysagère : un modèle multi-agents pour prendre en compte les relations sociales

Landscape simulation: a multi-agent model to take social interactions into considerationChristophe Poix
Yves Michelin

Résumés

La simulation paysagère peut être un bon moyen de comprendre les évolutions observées pour ensuite identifier les facteurs à l’origine des changements. Nous avons travaillé sur l’évolution de l’occupation du sol d’une commune de la chaîne des Puys, à l’aide d’un modèle gérant les dynamiques écologiques de végétation que les pratiques agricoles viennent perturber.
Les simulations à événements discrets permettent d’étudier des évolutions sur le long terme et de prendre en compte les aspects spatiaux, mais la modélisation des exploitations et de leurs rapports reste simpliste. Nous avons donc développé un modèle multi-agents permettant de prendre en compte les interactions entre les exploitations agricoles soumises à des concurrences et des synergies. Ce travail confirme qu’une modélisation multi-agents est parfaitement adaptée pour étudier l’influence des rapports sociaux sur le territoire et par conséquent sur le paysage.
Dans cette présentation, nous montrons également comment un modèle multi-agents peut être intégré à des simulations à événements discrets.

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Texte intégral

Introduction

1Les pouvoirs publics, de plus en plus souvent interpellés pour infléchir les évolutions paysagères éprouvent de grandes difficultés à intervenir. En effet, ces changements sont en partie dus à des mécanismes socio-économiques qui ne se préoccupent pas de paysage. La simulation de leur évolution est alors un moyen de mieux comprendre les interactions entre une société et son milieu. Elle permet d'identifier et de hiérarchiser les facteurs écologiques, économiques et sociaux qui conditionnent ces mouvements et d’envisager les moyens d’action les plus pertinents. La validation des modèles élaborés à partir de données contemporaines est un problème difficile, car le résultat des simulations est obtenu bien avant que les phénomènes envisagés n’aient produit leurs effets dans la réalité. C’est pourquoi, même si notre objectif final vise la gestion des paysages contemporains, nous avons utilisé des données historiques et comparé le résultat des simulations paysagères à ce qui s’était réellement passé, dans le cas particulier bien connu de la chaîne des Puys, pour les périodes allant du début du XV ème au milieu de XX ème siècle.

2Nous avons développé un simulateur basé sur la méthode des événements discrets (Michelin Poix 98), qui permet de gérer conjointement les dimensions spatiales, économiques et agro-écologiques.

3L’objectif de cette présentation est d’une part de montrer qu’une approche multi-agents est adaptée pour modéliser les rapports sociaux, les concurrences et les synergies inter-exploitations pouvant conditionner l’évolution de l’occupation du sol; et d’autre part de montrer comment notre modèle multi-agents peut être intégré au système MAGE (Poix 1998) de simulation à événements discrets.

Modèle paysager

4Située à quelques km à l’ouest de Clermont-Ferrand, la chaîne des puys constitue un bon support d’étude. D’une part ce site a été longuement étudié (Charbonnier 1980, Bazin et Larrère 1983, Loiseau 1983). D’autre part, sur un espace restreint, elle regroupe de nombreuses formes paysagères et les principales situations socio-économiques représentatives de la moyenne montagne, ce qui permet une extrapolation des résultats.

La problématique paysagère

5Dans la notion de paysage, "étendue d’espace qui s’offre à la vue", se côtoient deux notions:

  • une réalité matérielle qui dépend de l’organisation du territoire dont elle est le reflet;

  • une image porteuse de sens, interprétée par l’observateur en fonction des représentations qu’il se fait de ce " tableau ".

6On mesure alors la complexité du problème paysager puisque d’un côté les gestionnaires de l’espace, en modifiant leurs pratiques, font évoluer le paysage sans le vouloir et de l’autre ce nouveau paysage provoquera en retour chez eux ou chez d’autres des demandes d’intervention parfois contradictoires avec les précédentes. La connaissance de ces rapports sociaux constitue donc une étape indispensable du processus de modélisation du paysage.

Modélisation du paysage dans la chaîne des Puys

7Le paysage de la chaîne des puys a été étudié par Michelin (1995) qui propose un modèle explicatif que nous avons réutilisé.

8Sur ce territoire très humanisé, on peut considérer que les changements paysagers visibles à l’échelle du territoire sont conditionnés par les changements qui ont affecté chaque parcelle dans son occupation du sol et éventuellement dans sa forme (partage ou regroupement).

Règles de gestion agro-écologiques

9Du début du XV ème au milieu du XX ème siècle, notre zone est mise en valeur selon une logique unique. La priorité est donnée aux céréales. Le travail du sol est réalisé par des vaches de trait. Il faut donc élever ces animaux et pour cela disposer de prés et de pâtures. En l’absence d’échanges économiques poussés, la fertilisation indispensable à la pérennisation du système repose sur la fumure animale produite par les vaches de travail et le troupeau ovin collectif qui pâture les terres communes du village et fume les terres privées laissées en jachère.

Aspects socio-économiques du modèle

10L’affectation du sol n’est pas dictée par ses seules potentialités, c’est un produit social (Bazin et Larrère, 1983). On ne peut donc aborder le fonctionnement du paysage sans étudier le cadre socio-économique de sa gestion. Celui-ci s’organise en trois niveaux:

  • le village et son terroir, dans lequel sont définies les règles de gestion des territoires collectifs, le cadre d’utilisation des terrains privés (jachère, vaine pâture), la fiscalité.... C’est aussi à cette échelle que se fixent les prix de vente et d’achat des terres, des produits, des animaux...

  • les exploitations agricoles regroupant dans une même logique et sous un même toit la famille et les ouvriers, les animaux et les stocks( argent, foin, céréales...)

  • les parcelles, niveau le plus bas de l’organisation, qui assurent le lien entre la sphère économique de la production et des échanges et la sphère écologique dont le paysage est une image.

Simulations

11Nous avons opté pour la simulation à événements discrets car elle répond aux exigences citées précédemment et elle permet la prise en compte des effets spatiaux (Coquillard et Hill 1997).

Le moteur du changement : une succession d’événements discrets

12Une succession d’opérations annuelles permet plus ou moins bien aux exploitations d’assurer leur survie en utilisant les parcelles qu’elles contrôlent, parfois en modifiant leur occupation. Les événements peuvent être réguliers (tous les ans on sème...) ou ponctuels (mariage, catastrophe climatique....), déterministes (paiement de l’impôt) ou stochastiques (mortalité à la suite d’une épidémie).

Figure 1a Figure 1b

13La figure 1a schématise le cycle annuel des principaux événements réguliers. Les actions associées sont relativement simples. En effet, chaque événement provoque la modification d’un petit pourcentage des variables du système. Ainsi, l’évolution du paysage peut être simulée à l’aide d’une succession d’événements discrets qui peuvent affecter un sous ensemble du modèle. La figure 1b montre les catégories de variables affectées par les événements numérotés de 1 à 6. Un grand nombre de naissances lors de l’événement (5) agit directement sur la population et indirectement sur tout le système, y compris sur l’occupation du sol par la " chaîne causale " (5)-(2)-(1)-(6)-(4) : beaucoup de naissances (5) --> plus de bouches à nourrir (2) --> il faut récolter plus (1) --> il faut semer plus (6) --> plus grande surface à labourer donc défricher la forêt (4). Le nombre de chaînes causales, leur interdépendance et leur importance relative rendent impossible l’écriture analytique d’un tel modèle. Les simulations à événements discrets permettent de s’affranchir de la complexité du modèle global en gérant une multitude de règles simples.

L’importance des relations sociales

14Les évolutions simulées sur la période XV ème XVIII ème siècle sont très proches de la réalité. Cependant, le modèle n’est plus pertinent à partir du début du XIX ème siècle.

15En effet, avant la Révolution, il existe une seule logique de mise en valeur et un seul comportement pour tous les paysans soumis à la loi du seigneur et encadrés par des règles collectives très rigoureuses. Les relations sociales sont claires et facilement modélisables. Au XIX ème, la logique de mise en valeur reste la même pour tous mais les comportements des propriétaires diffèrent selon leurs capitaux et la taille de leur exploitation."Le processus de restructuration sociale conduit à une restructuration de l’espace " (Bazin et Larrère,1983). La simulation des conséquences paysagères de cette réorganisation passe donc par une analyse fine de ces rapports sociaux.

16Nous avons bâti un modèle multi-agents pour tenir compte de façon précise des relations sociales, tâche qui est difficilement réalisable avec un système purement basé sur les événements discrets. Notre Système multi-agents vient compléter les outils de simulation dont nos disposons, il s’intègre au système sans remettre en cause les techniques utilisées jusqu’à présent.

Prise en compte des relations sociales par un système multi-agents

17L’analyse du problème met nettement en évidence un fonctionnement distribué et hétérogène. Les règles de fonctionnement du système s’énoncent facilement en terme d’interactions entre des entités individualisées et autonomes : les exploitations. De plus, la complexité du problème impose une vision locale, chère aux techniques d’intelligence distribuée et aux Systèmes Multi-Agents (Ferber 1995, Bousquet et al. 1996, Jeffrey 1997).

18Nous assimilons les exploitations à des agents cognitifs qui communiquent et agissent dans un Environnement. Les objets situés de cet environnement sont les parcelles, qui peuvent appartenir à diverses catégories en fonction de leur caractéristiques géomorphologiques et de leur utilisation. Les animaux et les stocks de céréales sont des objets perçus, produits, consommés et transformés par les agents. Bien que l’environnement soit un espace disposant d’une métrique, les agents ne sont pas situés, ils se concrétisent à travers l’ensemble des parcelles qu’ils contrôlent.

19Nos agents disposent d’une représentation quasi-complète de l’environnement en ce qui concerne le foncier, en revanche ils ont très peu d’informations sur les autres biens et les connaissances de leurs voisins.

20Nous verrons dans la partie III qu’au XIX ème siècle de nombreux processus de communication peuvent être ramenés à des systèmes d’annonces publiques avec négociation et victoire du plus offrant (vente de foncier et d’animaux, location de main d’oeuvre...). Nous avons donc mis en place un canal de communication de type " black board " ou tableau d’affichage. Les communications publiques restreintes font l’objet d’une utilisation particulière du tableau d’affichage (ex : élections : seuls les plus riches ont le droit de vote). Enfin, les communications privées sont assurées par un canal classique; les messages individuels sont réceptionnés dans une file d’attente (FIFO), jouant le rôle de boîte aux lettres pour chaque agent. Les flux d’informations qui transitent dans le SMA sont résumés sur la figure 2.

Figure 2

21La conduite de nos agents est dictée par des buts explicites (survie, accession à une classe sociale supérieure, enrichissement) suivant le type d’agent. Ces tendances sont exprimées dans les agents et ne sont pas dictées par l’environnement. De plus, chaque agent dispose de sa propre représentation de l’environnement, de ses coutumes..., qui vont conditionner ses communications et ses actions. D’après la typologie proposée par (Ferber 95), nos agents sont de type " Intentionnels " (agents cognitifs, conduite téléonomique). En général, un petit nombre de ces agents composent les SMA de l’école dite " cognitive ". Dans le cas présent, nous travaillons avec quatre " classes " d’agents; le nombre " d’instances " avoisine la centaine.

Modèle multi-agents et simulation à événements discrets

22A première vue, il paraît difficile de concilier la simulation à événements discrets, processus séquentiel par définition, à un système multi-agents ayant une architecture distribuée et qui requiert souvent un parallélisme massif. Pour la situation du XIX ème siècle, nous avons remarqué le caractère public de nombreuses sessions de communication (foire aux animaux, foire à la loue, élections...). Une étude plus fine de la succession des événements, notamment pour la situation du XIX ème siècle, permet de mettre en évidence, sur de courtes périodes, des " groupes " d’événements indépendants vis à vis de la chronologie. Par exemple, les offres et les négociations aboutissant à des mariages sont étalées dans le temps et sont très peu conditionnées par des événements comme les semis ou la gestion des animaux. Il est donc possible de regrouper les messages et actions concernant un thème particulier pour les traiter comme un événement. On considère alors leur déroulement comme ponctuel dans l’échelle de temps que nous utilisons. Notre travail a consisté à identifier des sessions de communication pour les replacer dans un processus événementiel.

23La figure 3 montre comment un système multi-agents peut s’intégrer à une simulation à événements discrets. La partie supérieure, notée E.D. représente le calendrier, succession d’événements discrets inscrits dans le cycle annuel. Un événement particulier (en gris) tel que " la foire aux animaux " nécessite l’utilisation du système multi-agents pour représenter au mieux les relations d’offre, de demande, de concurrence et de solidarité entre les exploitations.

Figure 3

24Dès lors, l’exécution du simulateur est déroutée vers un " module multi-agents " qui va gérer le parallélisme (simulé ou réel) du fonctionnement des agents. Son principe est schématisé dans la partie inférieure de la figure 3.

  • Perception : les agents obtiennent de l’Environnement les informations nécessaires à leur raisonnement et à leur décision.

  • Communication : les agents émettent des offres, négocient, etc. Cette phase est très variable d’une session à l’autre et dépend fortement du thème de l’événement dont le traitement est en cours.

  • Intentions : pour permettre une gestion plus efficace des conflits de ressource et la détection de la fin de session, les agents émettent des intentions d’action. Si aucune intention n’est émise ou si les intentions ont déjà abouti à des conflits de ressource non résolus (blocage) la session se termine et " rend la main " au simulateur à événements discrets.

  • Détection des conflits (de ressource) : cette phase est la plus complexe. Les intentions d’action sont simulées dans une copie de l’environnement pour assurer le parallélisme et détecter les conflits. Ex : deux agents veulent acheter le même animal au même prix. Etape 1 : le système utilise des règles pour résoudre certains conflits (par exemple, le marché sera conclu avec un agent pour des raisons d’affinité avec le vendeur). Etape 2 : on tente de régler les conflits de ressources non résolus en retournant à la phase de communication / négociation, par exemple pour augmenter l’enchère.

  • Actions : lorsqu’il n’y a plus de conflit de ressource, les intentions peuvent être réalisées. Les actions modifient donc l’environnement, ce qui peut aboutir à des changements de comportement de certains agents. On recommence donc à la phase de perception.

Caractérisation du modèle multi-agents : l’exemple du XIXème siècle

les différents agents

25Durant le XIXème siècle, la société rurale est structurée selon l'inégale répartition du sol avec d'un côté un petit nombre de paysans riches déjà engagés dans une production marchande et de l'autre un ensemble plus nombreux de petits paysans n'ayant pas assez de leur production agricole pour vivre. Sur la base des travaux précités que nous avons complété par l'analyse d'archives privées, nous avons pu individualiser quatre types d'agents (domaines bourgeois, paysans riches, paysans intermédiaires, paysans pauvres) dont les caractéristiques et les comportements sont regroupés dans les tableaux 1a et 1b.

AGENT

paysan riche (PR)

domaine (D)

surface

> 15 ha

> 15 ha

ovins

> 30

> 30

bovins

> besoins en force de travail (élevage spéculatif)

> besoins en force de travail (élevage spéculatif)

main d’oeuvre

familiale +

vachers et valets +

servantes+

journaliers

vachers et valets +

servantes+

journaliers

objectifs

augmenter les revenus

augmenter les revenus

moyens

- développer le troupeau bovin

-mariage pour augmenter les surfaces

- éventuellement achat

- développer le troupeau bovin

- augmenter les surfaces par achat

échelle de valeur

- attachement à la terre

- privilégie le rendement du capital

comportement

- endogamie de classe

-réduction des naissances

- ouverture au progrès

- endogamie de classe

- réduction des naissances

- ouverture au progrès

relations avec autres agents

PR -> PR: recherche d’alliance

PR-> D : concurrence

PR-> PP: embauche

D -> PR : concurrence

D -> PP: embauche

AGENT

paysan indépendant (PI)

paysan pauvre (PP)

surface

5< S < 15 ha

< 5 ha

ovins

10 à 30

< 10

bovins

1 à 2 paires de vaches pour le trait

Aucun

main d’oeuvre

- familiale,

- parfois quelques journaliers

- exclusivement familiale

objectifs

autosuffisance

Survivre

moyens

- diversification des productions

- louer sa force de travail et celle des enfants

échelle de valeur

- attachement aux usages collectifs

- attachement aux droits et usages collectifs

comportement

- réduction des naissances

- certains sont ouverts au progrès

- beaucoup d’enfants pour la retraite

- peu ouverts au progrès

relations avec autres agents

PI -> PI : solidarité / collectif

PI -> PP : rejet

PP -> PP :

- concurrence sur le marché du travail

- syndicalisation envisagée au XX ème

Tableaux n° 1a et 1b : Caractère et comportement des différents types d’agents dans la chaîne des Puys au XIX ème siècle.

Les rapports sociaux au XIX ème siècle

entre classes sociales

26Ces relations concernent essentiellement :

  • l’embauche de travailleurs par les grosses exploitations. Cette opération avait lieu tous les ans au printemps sous la forme d’une foire : la foire à la loue.

  • les ventes et les achats de terre, assez peu fréquents peuvent aussi s’apparenter à une mise en relation de l’offre et de la demande.

à l'intérieur de chaque classe sociale

27Les alliances entre familles par mariages arrangés se décident à cette échelle. Les unions s’accomplissent le plus souvent entre personnes de même niveau économique ayant des terres proches. La stratégie des riches est de limiter les naissances pour éviter le partage. A l’opposé, les pauvres ont une politique nataliste afin d’assurer leur retraite qui conduit en fait au morcellement de leur maigre bien et à l’appauvrissement de leurs descendants. Parmi les grosses exploitations, les paysans se distinguent des bourgeois par un attachement plus marqué à la terre qui les conduit à conserver leur propriété même lorsque leur rentabilité est plus faible que celle des placements industriels.

au sein du village

28En dehors de toute différentiation sociale, l'ensemble des exploitations respecte les règles imposées par la gestion des terres et du troupeau collectif. Les plus riches élisent le conseil municipal qui peut proposer le partage et l’allotissement temporaire d’une partie des terres communes pour les conc&e2cute;der aux paysans les plus pauvres et réduire ainsi les tensions sociales.

29Dans un premier temps, nous avons limité dans notre modèle les relations personnelles. Le tableau n°2 explique sous quelles formes nous traitons chaque type de relations entre agents et avec quelle fréquence et à quel moment elles se situent dans le calendrier des événements.

Relation sociale

type de relation

fréquence et place dans le calendrier des événements

" foire à la loue "

communication publique ouverte (offre/demande)

chaque année au printemps

achat/vente de terres

communication publique ouverte (offre/demande) ou

communication privée selon les cas

chaque année, à la fin de l’hiver

élections municipales ou villageoises

communication publique restreinte aux possédants

régulière une année sur six

mariage

communication privée

ponctuelle

tableau n°2: Caractérisation des relations sociales au XIX ème siècle

30La figure 4 résume les différentes classes d’agents et leurs intéractions

Figure 4

Conséquences de l'évolution des rapports sociaux sur les dynamiques paysagères

31Jusque vers 1880, malgré un antagonisme très fort entre grosses exploitations et ouvriers agricoles, l’unité villageoise l’emporte sur la division car les relations sont éclatées en une multitude de rapports personnels bons ou mauvais et parce que les ouvriers n’ont pas la possibilité de trouver ailleurs du travail. La population globale du village augmente. L’espace villageois est totalement mis en valeur, jardiné, au détriment de la forêt qui régresse.

32A la fin du XIX ème siècle, la conjonction de la crise agricole (baisse des cours de la viande et des céréales) et de l’épuisement des terres collectives surexploitées aggrave les tensions sociales. Le développement des mines, des carrières et des usines à Clermont Ferrand conduiront à un rapport de classes plus marqué qu’au début du XIX ème siècle. En outre, la loi d’Empire de 1860 autorise l’état à boiser les terres communes contre l’avis des habitants. En privant les petits paysans de leur seule ressource, cette décision les conduit à l’exode mais réduit la tension sociale à l’intérieur du village. Les paysages agricoles du plateau restent jardinés, mais les volcans et les coulées, dégradés par le surpâturage, se couvrent de landes ou sont replantés.

33Enfin au XX ème siècle, la guerre de 14-18 réduit massivement la main d’oeuvre. Faute d’hommes pour les travailler, les parcelles difficiles ou éloignées sont abandonnées et se boisent. La disparition d’un nombre important de petits paysans entraîne une libération du foncier. A partir de 1920, la situation se complexifie encore avec l’apparition de logiques de mise en valeur différentes (lait, ovins, céréales) pour les mêmes caractéristiques physiques, dans un contexte social où le comportement individuel et les compétitions se renforcent au détriment des règles collectives de l’ancien temps.

Perspectives

34Le cadre conceptuel d’un système multi-agents intégré à une simulation par événements discrets ayant été construit, nous allons maintenant le rendre opérationnel afin de comparer les résultats des simulations paysagères aux évolutions réellement observées que nous venons de décrire.

35Lorsque le modèle sera " calé ", nous envisageons ensuite de l’utiliser pour tester es hypothèses suivantes qui ont été notées dans la réalité:

  • impact de la structure de la population : en particulier le rapport de force entre riches et pauvres, la puissance du groupe des intermédiaires, l'équilibre entre paysans riches et domaines bourgeois vont ils conduire à des dynamiques paysagères contrastées,

  • influence de la surface des terres collectives (égale à la surface des terres privées, très inférieure ou très supérieure qui conditionne la survie des plus petits paysans),

  • changements des systèmes de production et conséquences sur les rapports sociaux. Avec le passage des céréales à l'élevage bovin, les agriculteurs deviennent plus individualistes et gèrent l'espace différemment. Des concurrences vont apparaître qui influenceront l'évolution de l'occupation du sol.

  • De plus nous aimerions examiner si la nature des relations entre paysans riches et pauvres (liens personnels ou rapports de classe) influence la dynamique paysagère.

  • Enfin, toujours en prenant en compte les rapports sociaux entre exploitations, nous allons analyser l’effet de phénomènes externes au village sur l’évolution de son paysage:

  • fluctuation des cours des produits agricoles qui incitera les bourgeois à céder leurs domaines

  • loi d’empire de 1860 sur les reboisements qui réduit le pâturage commun et désavantage les petits et moyens paysans

  • apparition d’un marché de l’emploi concurrentiel sur place (mines, carrières) ou à proximité (Clermont, Les Ancizes) qui offre aux pauvres une alternative à l'embauche dans les grandes exploitations

  • impact et modalités de la diffusion du progrès technique qui ne concerne que certaines catégories d'agriculteurs.

Conclusion

36Les Systèmes multi-agents couplés à des simulations à événements discrets ouvrent une multitude de perspectives pour évaluer les interactions entre divers systèmes de production dans divers contextes socio-économiques conduisant à des dynamiques paysagères contrastées. L’objectif final de ce travail est de proposer aux opérateurs locaux des clés de compréhension des phénomènes leur permettant d’élaborer des interventions à finalité de gestion paysagère. Nous envisageons de travailler sur des situations réelles contemporaines, lorsque les approches conceptuelles et techniques auront été validées sur les périodes passées.

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Bibliographie

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Charbonnier, P. 1980: Une autre France, la seigneurie rurale en Basse Auvergne du XIVe au XVIIe siècle. Institut d'études du Massif central, Clermont-Ferrand, 1293 p.

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Erard P.J., Déguénon P., 1996: Simulation par événements discrets : concepts et réalisations en Simula, Ada et Smalltalk. Presses polytechniques et universitaires romandes, Lausanne, 417 p.

Ferber J.,1995: Les systèmes multi-agents - vers une intelligence collective, Intereditions, Paris 522 p.

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Michelin Y., 1995: Les jardins de Vulcain: paysages d'hier, d'aujourd'hui et de demain dans la chaîne des puys du Massif central français. éditions de la MSH, Paris,155 p

Michelin Y., Poix C.,1998: Simulation of Land Use Evolution by Discrete Events Method : Application to La Chaine des Puys from XV to XVIII Century. Discrete Dynamics in Nature and Society Vol.2, 173-186.

Poix C.,1998: Logiciel MAGE : simulateur pour l'étude de l'évolution de l'occupation du sol; période XV è XVIII è siécle, ENITAC

Poix C., Michelin Y., Sefiha E. Chevillot B. 1998. - Modélisation et simulation pour l’étude des évolutions paysagères. Actes du séminaire : Paysage et Information géographique, ENGREF / ENITAC, Clermont-Ferrand, octobre 1998.

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Pour citer cet article

Référence électronique

Yves Michelin, « Simulation paysagère : un modèle multi-agents pour prendre en compte les relations sociales », Cybergeo: European Journal of Geography [En ligne], Systèmes, Modélisation, Géostatistiques, document 116, mis en ligne le 05 janvier 2000, consulté le 19 mars 2024. URL : http://journals.openedition.org/cybergeo/2242 ; DOI : https://doi.org/10.4000/cybergeo.2242

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