puzzle ©shutterstock. Illustration pour la modélisation.. © ©shutterstock

La modélisation omniprésente

Par Pascale Mollier - Evelyne Lhoste - Catherine Foucaud-Scheunemann
Mis à jour le 03/01/2014
Publié le 15/04/2013

Agriculture, alimentation, environnement, tous les domaines de recherche de l'Inra sont concernés par la modélisation... A travers des exemples les plus divers, ce dossier explore comment les mathématiciens, les informaticiens et les biologistes collaborent pour construire des modèles qui permettent de mieux appréhender la complexité du monde qui nous entoure.

Modéliser pour comprendre

On peut définir un modèle comme une représentation simplifiée de systèmes ou de phénomènes complexes pour mesurer, comprendre et prédire leur fonctionnement. A partir de variables d’entrée, connues ou mesurées, le modèle fournit des variables de sorties, grâce à un traitement mathématique, graphique ou informatique.

La modélisation va de pair avec l’expérimentation. Les données observées dans les expériences interviennent à la fois au début, pour concevoir le modèle - il faut trouver des relations entre les variables et les mettre en équations - et à la fin, pour valider le modèle.

 La modélisation omniprésente

De très nombreux « objets biologiques » sont modélisables à différentes échelles : du gène à l’organisme pour les êtres vivants, de la plante aux paysages dans les agrosystèmes. Il n’est pas un champ de recherche à l’Inra qui ne soit concerné par la modélisation. Les exemples choisis dans ce dossier donnent un aperçu de cette diversité, dans tous les domaines d’activités de l’Inra, des génomes aux Sciences sociales, en passant par l’alimentation. Ces exemples traitent de l'annotation de génomes, de la modélisation d’un sol, de la propagation de ravageurs, de la modélisation de la libération du sel en bouche, ou encore de la fouille de données en Sciences sociales.

Un autre dossier sera consacré aux modèles plus strictement dédiés à la compréhension et à la gestion des agroécosystèmes, un des domaines de prédilection de l’Inra.

La biologie des systèmes, qui s’intéresse au fonctionnement des entités biologiques (cellule, microbiote intestinal, par exemple), et qui fait largement appel à la modélisation, fera également l’objet d’un dossier à part.

 L’apport des mathématiques

 Les mathématiques permettent de décrire le monde réel dans un langage très particulier puisque l’on peut quantifier les phénomènes.  Leur apport en biologie s’est longtemps limité à des calculs relativement simples, mesures expérimentales et statistiques sur un nombre limité de données. Aujourd’hui, les mathématiciens collaborent avec les biologistes pour donner un sens aux masses de données récoltées. C’est-à-dire décrypter les relations qui relient ces données entre elles et décrire le fonctionnement du système étudié. Pour cela, il faut décomposer finement le processus en fonctions mathématiques et développer un modèle théorique décrivant ce qui se passe dans le système. Il faut ensuite vérifier la pertinence de ce modèle par d’autres expérimentations.

 Les finalités de la modélisation

La modélisation permet de décrire et de comprendre : modélisation du métabolisme d’une cellule, modélisation des transferts d’azote dans le paysage. Et aussi de prédire le comportement du système lorsque le contexte change.

En agriculture, les modèles permettent d’évaluer les impacts d’un système de culture (économiques, sociaux et environnementaux) et d’en concevoir de nouveaux. Ce sont alors des outils d’aide à la décision.

Le 16 novembre 2012, une rencontre était organisée sur la modélisation, dans le cadre des "Forums des labos" de l'Inra de Versailles-Grignon. Voir la présentation d'introduction de Michaël Chelle, de l'Unité mixte de recherche "Environnement et grandes cultures" (Inra / AgroParisTech) :

Modéliser, pourquoi, quoi, quelles échelles,

et écouter sa conférence :

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

Unité(s) associée(s) :
UMR1091 EGC Environnement et Grandes Cultures

Vive les algorithmes !

« Les algorithmes forment le langage naturel de la science du monde vivant, le seul capable de rendre compte de sa complexité descriptive. »

Voir la conférence donnée par Bernard Chazelle le 18 octobre 2012 au Collège de France à Paris.

Bernard Chazelle, professeur à l’université de Princeton, est titulaire de la Chaire annuelle "Informatique et sciences numériques" du Collège de France en 2012.

Un ouvrage collectif

Couverture du livre :
© Inra

Le livre, intitulé, "Analyse de sensibilité et exploration de modèles – Applications aux sciences de la nature et de l’environnement" propose une démarche permettant de choisir la méthode la mieux adaptée aux besoins d'une étude et montre concrètement comment l'appliquer. Il s’adresse aux chercheurs et aux utilisateurs de modèles souhaitant acquérir ou consolider leur maîtrise des méthodes d’analyse et d’exploration des modèles par simulations.

Chaque chapitre est rédigé par plusieurs auteurs dont des chercheurs de l’Inra. Coordination : Robert Faivre, Bertrand Iooss, Stéphanie Mahévas, David Makowski, Hervé Monod.

Editions Quae, collection Savoir-faire , 2013, 352 pages, prix : 55 euros. En librairie et sur le site de Quae