Couplage de modèles mathématiques et informatiques pour l'étude de la transhumance sahélienne : cas du Sénégal - TEL - Thèses en ligne
Thèse Année : 2024

Integrating mathematical and computational models to study Sahelian transhumance: a Senegalese case study

Couplage de modèles mathématiques et informatiques pour l'étude de la transhumance sahélienne : cas du Sénégal

Résumé

Transhumance is a pastoral, socio-economic, and environmental mobility widely practiced in the Sahel. It involves a set of seasonal herd movements led by transhumants from their terroir of origin to one or more host terroirs, passing through transit camps. On the one hand, these movements fulfill the need for efficient subsistence of herds and transhumants in ecosystems subject to high seasonal and climatic variability. On the other hand, they must also support the community life of transhumants. Without considering the interactions of transhumant herds with their ecosystem, herds are perceived as significant GreenHouse Gas (GHG) emitters. As a result, establishing the balance of GHG emissions from Sahelian herds, taking into account their interactions with elements of the pastoral ecosystem, is a major challenge for strategies to reduce global warming. In this thesis, we formalize and simulate Sahelian transhumance, particularly that of Senegal, as a complex adaptive system to determine the spaces used by transhumant herds. To account for the maximum level of socio-economic and environmental complexity, we integrate mathematical and computational formalisms based on a systemic analysis of transhumant herd movements. A systemic analysis allows us to formalize transhumance as a complex adaptive system. Mathematics then enabled us to: (1) Characterize transhumance as a vector function of several variables. (2) Characterize transhumance as a vector function of several variables. The vertices of these graphs represent the places where the herds are moved, while the edges symbolize the rational decision-making processes of the transhumants. Additionally, the mathematical formalization of herd movements facilitated the design of the following: (1) A real-time transhumant monitoring and warning system, which draws on discrete mathematics (topology and geometry) and the Hough transform. (2) Three agent-based models: (a) The first model prioritizes the impact of each herd movement factor on its spatio-temporal distribution; (b) The second model determines the spatio-temporal distribution of herds and assesses their impact on vegetation at a macroscopic scale; (c) The third model simulates an artificial transhumance, determining the space used by herds through a coupling of models. This coupling involves a multi-objective optimization problem integrated into an agent-based model, considering the majority of agents and interactions involved in transhumance.
La transhumance est une mobilité pastorale, socio-économique et environnementale, très pratiquée au Sahel. Elle est un ensemble de déplacements saisonniers de troupeaux conduits par des transhumants de leur terroir d'origine vers un ou plusieurs terroirs d'accueil, en passant par des campements de transit. Ces déplacements satisfont d'une part, la subsistance efficiente des troupeaux et des transhumants dans des écosystèmes soumis à de fortes variabilités saisonnières et climatiques. D'autre part, ils doivent satisfaire à la vie communautaire des transhumants. Sans tenir compte des interactions des troupeaux transhumants avec leur écosystème, les troupeaux sont considérés comme fortement émetteurs de Gaz à Effet de Serre (GES). De ce fait, établir le bilan des GES lié aux troupeaux sahéliens en considérant leurs interactions avec les éléments de l'écosystème pastoral est un enjeu dans les stratégies de réduction du réchauffement climatique. Dans cette thèse, nous formalisons et simulons la transhumance sahélienne, particulièrement celle du Sénégal, en tant que système complexe adaptatif dans l'objectif de déterminer les espaces utilisés par les troupeaux transhumants. Afin de considérer un maximum de complexité socio-économique et environnementale, nous effectuons des couplages de formalismes mathématiques et informatiques basés sur une analyse systémique des déplacements des troupeaux transhumants. De cette analyse systémique, nous avons formalisé la transhumance comme un système complexe adaptatif. Puis, les mathématiques nous ont permis de: (1) Caractériser la transhumance en tant que fonction vectorielle de plusieurs variables; (2) Formaliser les déplacements de troupeaux sous forme de graphes orientés multivalués, dont les valuations résultent d'un problème d'optimisation multiobjectif sous contraintes. Les sommets des graphes représentent les lieux où les troupeaux sont conduits. Les arêtes résultent des processus de prise de décision rationnelle des transhumants. De plus, la formalisation mathématique des déplacements de troupeaux a permis de concevoir: (1) Un système de suivi et d'alerte en temps réel pour les transhumants, basé sur des mathématiques discrètes et sur la transformée de Hough. (2) Trois modèles à base d'agent: (a) Le premier modèle hiérarchise l'impact de chaque facteur de déplacement de troupeaux sur leur répartition spatio-temporelle; (b) Le deuxième modèle détermine la répartition spatio-temporelle des troupeaux évalue leur impact sur la végétation à l'échelle macroscopique; (c) Le troisième modèle simule une transhumance artificielle, déterminant l'espace utilisé par les troupeaux grâce à un couplage de modèles. Ce couplage intègre le problème d'optimisation multi-objectif dans un modèle à base d'agent, considérant la majorité des agents et des interactions impliquées dans la transhumance.
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Dates et versions

tel-04691908 , version 1 (09-09-2024)

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Domaine public

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Citer

Cheick Amed Diloma Gabriel Traore. Couplage de modèles mathématiques et informatiques pour l'étude de la transhumance sahélienne : cas du Sénégal. Système multi-agents [cs.MA]. Université Cheikh Anta DIOP, 2024. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04691908⟩

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