Couplage de modèles multi-niveau de systèmes complexes : application aux systèmes biologiques

Résumé

L'objectif de cette thèse est de proposer une approche de couplage des niveaux métabolique et écologique dans un système biologique complexe. Cette approche se présente sous la forme d'un modèle formel décrivant le métabolisme d'un organisme vivant, qui grâce au formalisme DEVS (Discret Event System Specification) adopté, permet un couplage avec des modèles d'interaction entre les organismes et entre l'organisme et son environnement. Une étude des différents paradigmes de modélisation, nous a permis d'identifier d'un côté le paradigme adéquat pour chaque niveau et d'un autre côté les facteurs de couplage formés par les variables à l'interface des mondes internes et externes d'un individu. Ce couplage permet d'explorer l'effet de la dynamique du niveau inférieur sur l'émergence des caractéristiques du niveau supérieur. Deux modèles multi-agents, le premier sur l'allocation sexuelle et le deuxième sur la recherche optimale de nourriture, concrétisent le couplage physiologie/écologie et montrent que ce couplage permet de relier le monde interne de l'individu à son monde externe. Le couplage fort, dans le sens de l'intégration des modèles, exploré dans une première phase, a été amélioré par la proposition d'un modèle formel, nommé DEB-DEVS, du modèle métabolique (de la théorie du budget d'énergie dynamique (DEB)) commun aux modèles précédents. Cette proposition est le résultat d'une réflexion sur la représentation de la dynamique interne des agents dans des modèles de l'écologie. DEB-DEVS a été illustré par deux modèles classiques de l'écologie théorique.

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