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Revue n° 4
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Du  côté des labos
L'économie de l'intelligence: mieux appréhender les systèmes complexes
grâce au potentiel de la simulation
Florian de Vuyst - 8 janvier 2001

Florian de Vuyst -qui nous a transmis cet article et que nous remercions- est Maître de Conférence  en mathématiques à l'université de Cergy-Pontoise, mis à disposition de la société Simflux (http://www.simflux.com), entreprise qu'il a créée dans le cadre de la loi sur l'innovation et la recherche du 12 juillet 1999.
Société innovante basée à l'Ecole normale supérieure de Cachan, Simflux offre des prestations de conseil en organisation d'entreprise, s'appuyant sur des procédés de simulation innovants qui exploitent un ensemble d'équations mathématiques mises au point par le chercheur. Nous ne pourrons en dire beaucoup ici sur ces équations, Floryan de Vuyst ayant souhaité en garder tout naturellement la confidentialité.
Pourquoi donner toute sa place à cet article sur notre site : non seulement parce qu'il traite d'un problème important en soi, mais parce qu'il apporte (pure coïncidence dans le temps) une illustration concrète de ce que par ailleurs nous expliquions, sur un plan plus abstrait, dans notre dernière chronique
Peut-on rendre les collectivités publiques plus intelligentes? 3e partie Démonstration. Comment lutter contre l'effet de serre?
Nous attendons la suite, c'est-à-dire quelques démonstrations concrètes, dans des cas simples, de la lisibilité pour le grand public du fonctionnement des simulations évoquées ici. Christophe Jacquemin

 Résumé

Un maire décide d'ajouter un rond-point dans sa commune, mais les habitants n'en comprennent pas l'intérêt. Le nouvel exercice budgétaire de l'Etat prévoit une augmentation des impôts pour rééquilibrer la consommation, ce qui engendre un mouvement de protestation majeur. Pour éviter ce genre de risques d'incompréhension, les politiques optent en général pour le choix d'un communiqué (sous toutes ses formes possibles) dans lequel ils adoptent un langage rassurant mais où les justifications ne sont pas énoncées car jugées trop complexes ou bien sont évoquées mais pas forcément comprises de tous. Le citoyen se résigne en général au mieux à faire confiance, sinon à se forger sa propre opinion parfois (voire souvent) en désaccord avec le décideur.
Le but de cet article est de sensibiliser le monde non scientifique à l'existence de solutions issues de celui de la Science et des technologies, notamment celles de la simulation.
Cette dernière peut apporter à celui qui appuie son argumentaire sur celle-ci un pouvoir de prise de conscience, de compréhension et de conviction.
Véritable outil de démonstration, d'aide à la décision et d'aide à la gestion des risques pour les décideurs d'une part, de sensibilisation, de compréhension, de visibilité et de jugement fondé pour les citoyens d'autre part, il s'insère dans une intelligence d'économie du savoir, de la sagesse et du bien-être pour tous, exempt a priori de tout clivage politique ou social.


Bien intégrée depuis longtemps dans les industries de haute technologie en raison de la culture de ses ingénieurs et du caractère indispensable pour l'innovation et la gestion des risques (aéronautique, électronique, transport, pharmacie, etc.), la simulation commence à émerger dans des secteurs non industriels pour répondre à des besoins de gestion des ressources, de prévision et de planification, de gestion des risques (configurations dégradées, phases d'évolution de l'existant), d'amélioration/optimisation des processus, d'amélioration de la qualité de service, de la rentabilité, voire du bien-être des salariés.

Elle est aujourd'hui diffusable à grande échelle grâce à la puissance des ordinateurs de bureau (il y a cinq ans il fallait une station de travail qui coûtait 150000F pour atteindre la puissance d'un PC de bureau à 800 MHz, station qui coûte aujourd'hui 10 000F !) et la maturité des technologies informatiques de communication. De plus, la loi de Moore nous promet encore un facteur 1000 de gain de puissance sur quinze ans, sans compter les possibilités de répartition des calculs en architecture partagée.

Cette évolution des habitudes est en phase avec la complexité croissante de l'entreprise en terme d'organisation et d'infrastructure, où un cerveau si bien fait soit-il n'est plus suffisant pour appréhender le "système global entreprise" et faire les bons choix de décisions. D'un point de vue comportemental, cette "perte" de vision globale est limitatrice dans les prises d'initiatives et de décisions critiques par les responsables d'affaires, ayant peur d'être "remercié" pour une prise de décision risquée qui a débouché sur une perte nette.

Trois nouvelles tendances majeures qui conditionnent l'organisation  se dégagent aujourd'hui:

L'analogie avec le cerveau, sa cartographie fonctionnelle et l'intervention de chaque neurone dans le fonctionnement global n'est pas si lointaine !

Remarquons que la tendance à justifier son intégration dans la mission globale de l'entreprise conditionnent aujourd'hui les recrutements où le candidat s'informe préalablement sur l'entreprise et se propose de remplir une mission (projet) au sein de celle-ci.

Cette "intrusion" de la simulation, quoique difficile en Europe et notamment en France, a pu être possible grâce à l'effort de sociétés de conseil désirant intégrer cette composante dans leur approche. Il existe aussi un effet moutonnier issu de la tendance américaine à ne plus aborder le moindre projet d'envergure sans l'aide d'un outil de décision fondé sur des techniques avancées : réseaux de neurones, systèmes experts, intelligence artificielle, simulation. Parmi celles-ci, la simulation est certainement celle qui par nature prend le mieux en compte le facteur temps ; c'est certainement la raison pour laquelle elle est aujourd'hui à la mode.

Hors du contexte des entreprises, il est clair qu'une nation doit aussi remplir la mission du bien-être et de la protection "au mieux" de tous, sous toutes ses formes. Son organisation étatique et structurelle sous forme de découpage régional, départemental et communal délègue en quelque sorte la mission globale en sous-missions locales. L'intelligence de l'attribution de l'enveloppe budgétaire pour l'exercice à venir naît d'une vision globale à l'échelle nationale où les "requêtes" locales doivent être jugées pertinentes et le cas échéant prises en compte. Ceci nécessite une cartographie comptable à plusieurs échelles ainsi qu'une cartographie fonctionnelle où l'on voit mairies, collectivités locales, organismes d'urbanisation, etc.

En outre, la discipline de la Macroéconomie permet de plonger le "système national" dans un environnement conjoncturel mondial, d'en dégager des indicateurs macroéconomiques et d'anticiper l'évolution de paramètres économiques en vue d'un équilibre global : taux d'intérêt, taux d'imposition, qui auront certes un impact sur les ménages, mais dans un but de régulation.

Un problème majeur se pose alors : l'analyse de la dynamique nationale ou régionale n'est certainement pas à la portée de tous.
Les familles, les ménages, les électeurs veulent néanmoins comprendre dans quel monde ils vivent et comment ils sont gouvernés. De plus, au cours de leur vie, ils prendront aussi eux-mêmes des décisions qui auront un impact sur le reste de leur existence : choix des études, choix d'un métier, niveau de consommation, niveau d'épargne, appel à des crédits, appel à des aides, assurances, participation à des associations.

Des médias comme les journaux, la télévision, la radio, les périodiques de communes sont aujourd'hui les principaux vecteurs de diffusion de l'information. Reprenons le cas d'un projet de réalisation d'un rond-point. Sa justification est très certainement corrélée à l'existence d'accidents à répétition au carrefour existant, ou à l'apparition de files d'attente de véhicules bruyants et polluants liées à une mauvaise gestion des feux de régulation ou à des périodes de pointe. Faut-il réaliser une page de statistiques et de courbes tridimensionnelles dans le journal communal pour convaincre ? La réponse est certainement négative tant pour les habitants de la commune qui fermeront très vite le journal que pour les pouvoirs d'attribution du budget qui ne feront pas toujours l'effort d'analyser les courbes.

Toujours dans le même contexte, on peut de plus prévoir une augmentation de la fréquentation du carrefour lié à un plan d'expansion urbaine ou à la construction prochaine d'une usine avec 4000 conducteurs potentiels supplémentaires. On comprend ici que l'information n'est plus statique et que les pouvoirs publics ont besoin de se projeter dans l'avenir, où la connaissance (comportement) prend la place de l'information et la simulation apporte un support de réflexion et un argument de décision.

Peut-on alors imaginer l'utilisation de la simulation dans les mairies, l'Administration centrale, les ministères, les collectivités locales, les associations, et comment procéder pour vulgariser et faire accepter l'utilisation de tels outils générateurs d'intelligence globale, d'unité et de stabilité ?

La simulation en partage
Vous l'aurez compris, l'ojectif de mon propos est ici de savoir si l'on peut vulgariser la simulation au point d'en faire un outil compris de tous et utilisé par tous, tel un robot ménager chez soi.

L'état de l'art à l'heure actuelle est le suivant :

Au vu de ces remarques et de l'observation faite précédemment, il semble que la "faisabilité" de l'utilisation de la simulation par les collectivités et les politiques dépende de la capacité :

De manière plus informative, il semble aussi intéressant de réfléchir à de nouveau supports d'édition "d'ouvrages" où les composants multimédias (son, vidéo, images de synthèse) peuvent être attachés à une publication électronique. Ces outils multimédias peuvent servir en quelque sorte à des travaux pratiques ou à une mise en situation virtuelle d'une problématique. La simulation pourrait ainsi intervenir comme support de compréhension et d'exploration de scénarios pour l'utilisateur final dans le but de mieux comprendre les mécanismes de fonctionnement d'une problématique complexe.

Rappelons que la complexité étant un facteur incontournable de l'évolution de notre société, le besoin d'outils de formation orientés multimédia semblent bien appropriés.
L'initiative de la jeune société française Science Active http://www.scienceactive.com/ est par exemple d'apporter des supports d'exercices et de travaux pratiques interactifs pour l'éducation, mis à jour de manière automatique.
Dans le cas de disciplines scientifiques et d'ouvrages technologiques, l'évolution temporelle quasi-journalière des technologies et des connaissances amène à concevoir des documents dynamiques. C'est notamment l'initiative de Jean-Paul Baquiast et de Christophe Jacquemin dans la rédaction de leur livre électronique " Les automates intelligents. Le paradigme de l'automate ".

La transformation des connaissances en savoir et du savoir en sagesse (notion d'usage régulé du savoir) est propre à l'homme et ne peut se passer d'une collaboration humaine et d'une réflexion sous forme de communautés (une étude sociologique estime la taille idéale à la vingtaine de personnes). La réalisation d'un modèle mathématique pertinent pour un contexte administratif passe forcément par un dialogue et une compréhension de la mission et de l'environnement. Le consultant "senior" remplace ainsi le "sage" de nos ancêtres. Il arbitre et propose un modèle au chef de communauté qui l'applique dans l'intérêt de ses membres. La jeune société Kanari www.kanari.com fondée récemment propose un outil de facilitation de mise en œuvre d'un environnement communautaire qui optimise les gestions documentaires et de communication en tirant parti des infrastructures matérielles déjà existantes.

Pour conclure, nous dirons qu'il est pertinent d'imaginer une utilisation de la simulation numérique à des fins d'intérêt publique et social. Pour cela, les professionnels de la modélisation et de la simulation devront faire preuve de communication, avoir un rôle de coordinateur et de connecteur entre gens de différents profils, culture et formation et avoir une capacité de synthèse forte afin de proposer des modèles pertinents et des visuels adaptés directement compréhensibles.

Le défaut de nombreuses sociétés de conseil, de formation et de culture informatique, qui utilisent la simulation est justement de donner des réponses "informatiques" d'organisation en réseau avec un langage typé informatique difficilement compréhensible. A l'arrivée, les études ne répondent pas au besoin premier exprimé par le client ou l'utilisateur. Elles donnent au mieux une réponse en terme d'infrastructure informatique et de capacité supportant l'organisation.

Le "bon" niveau de professionnalisme n'est de toute façon pas commun en Europe ou en France. Dans notre vieille Europe, il est difficile de trouver des formations conjointes de niveau élevé (disons du niveau de la Recherche) et pluridisciplinaires. On peut éventuellement évoquer l'interaction entre Macroéconomie et Mathématiques (approche néoclassique, économie du bien-être proposé par Arrow et Debreu) ou entre Chimie et Mathématiques où la simulation de configurations de molécules par le calcul complexe des fonctions d'onde a permis la conception de nouveaux matériaux "réalisables" et de médicaments.

Une des missions des Mathématiques est de concevoir de nouveaux outils, de les appliquer et de les formater dans le cadre d'applications spécifiques. La maturité nécessaire à la bonne réalisation de cette mission est acquise après de nombreuses années d'expérience. Elle est du ressort d'enseignants-chercheurs universitaires. Ces derniers doivent aussi faire preuve de curiosité, avoir une culture générale, et ne pas avoir peur d'explorer de nouveaux domaines où des problématiques apparaissent. Les Mathématiques sont là pour formuler des problèmes complexes de façon bien posée et de les résoudre analytiquement ou numériquement sur ordinateur.

C'est dans ce souci, indispensable aujourd'hui, de transfert des compétences scientifiques de haut niveau au profit des citoyens que j'ai créé ma société. Cette décision de création a été renforcée par une innovation scientifique brevetable, directement applicable à un besoin industriel ou d'entreprise d'aide à la prise de décision. Il s'agit d'un ensemble d'équations mathématiques que j'ai élaborées et qui s'avèrent bien utiles et précises pour la modélisation d'affectations de ressources de tout genre. On trouve certes sur le marché d'autres modèles qui remplissent les mêmes fonctionnalités. Mais la présente innovation apporte un gain en temps de calcul incomparable, notamment dans le cas de traitement d'informations ou de données volumineuses tout en restant précis, ce qui garantit l'avance concurrentielle de Simflux : répondre à des questions de prise de décision et explorer un ensemble de scénarios en des temps records (l'ordre de grandeur est la semaine !).

Pour prendre un exemple, la majorité des moteurs de simulation conventionnels utilisent une approche événementielle à file d'attente pour modéliser un serveur informatique, idéalisé par un couple tampon de requêtes-processeur. La complexité algorithmique du modèle est au mieux proportionnelle au nombre de requêtes en attente. Les temps de simulation deviennent alors très vite très longs quand on traite des réseaux de serveurs avec une information qui devient de plus en plus dense, voire qui se "fluidifie" par rapport aux temps caractéristique de cycle d'horloge du processeur. L'innovation que je propose peut se décliner dans le même cadre (tampon-processeur), mais la complexité algorithmique est désormais indépendante du nombre de requêtes ! Ceci assure une rapidité de calcul inégalée, notamment quand l'information se fluidifie.

La nécessité de collaborations pluridisciplinaires
La mise en œuvre informatique de telles équations pour la simulation n'est pas évidente et nécessite un acquis mathématique en analyse numérique et en calcul scientifique de niveau Bac+8. L'invention a vu le jour notamment grâce à des prestations de consultance permettant le relevé de problématiques actuelles d'entreprise très concrètes, mais aussi grâce à l'écoute et à la confrontation de points de vue de différents acteurs issus de disciplines a priori disjointes : Mathématiques, Informatique, Systèmes d'informations, Mécanique, Théorie de l'organisation, Management.
Mon cursus universitaire n'a pourtant rien d'exceptionnel, ce qui montre bien que le potentiel d'innovation en France est élevé et dépend avant tout d'un effort de communication entre scientifiques et entrepreneurs ainsi que d'un moyen de confronter des disciplines scientifiques variées (nécessité d'une réflexion sur la mise en place de groupes de travail interdisciplinaires ?) : DEA et attaché temporaire d'enseignement et de recherche au laboratoire d'Analyse Numérique de Paris 6, Maître de Conférences en Mathématiques à l'Université de Cergy-Pontoise et membre du laboratoire "Centre de Mathématiques et de leurs Applications" CMLA de l'Ecole Normale Supérieure de Cachan.

En guise d'exemple, remarquons que ce besoin de collaborateurs pluridisciplinaires se fait de plus en plus sentir en Macroéconomie : Economie, Sociologie, Psychologie, Politique, Philosophie et Ethique pour la modélisation du comportement des agents économiques, Mathématiques pour la formulation et la simulation, Théorie des jeux, etc.

A mon avis, seule la loi sur l'Innovation peut permettre de mettre en place rapidement une structure de communication et de transfert scientifique entre université et entreprise, indispensable au progrès technique et technologique, et par suite à la croissance à long terme.

 

La force de la simulation

Une des applications parmi les plus connues de la simulation est la prévision météorologique.
A partir de calculs très compliqués réalisés sur des ordinateurs très puissants, Météo France nous propose des "cartes" de prévisions à cinq jours faciles à interpréter, fiables selon un coefficient donné de "confiance" gradué de un à cinq. Malgré l'approximation des modèles et l'accès à un nombre de mesures réelles limité, ces prévisions sont aujourd'hui indispensables à la vie économique et sociale. Elles nous permettent d'anticiper les risques d'inondations, de vents violents, de sécheresse temporaire, de foudre ou de changement de temps brusque en montagne. Pour notre bien-être quotidien, elles nous suggèrent enfin de prendre ou non notre parapluie le matin.

Ainsi, la simulation est un formidable outil de gestion des risques à l'échelle d'entreprise ou individuelle.
 

Ecoulement turbulent autour d'un immeuble, obtenu par simulation des grands échelles des équations de Stokes en formulation vitesse-tourbillon (C) CNRS/LIMSI, Guy Chastagner   Ecoulement turbulent autour d'un immeuble, obtenu par simulation des grands échelles des équations de Stokes en formulation vitesse-tourbillon © CNRS/LIMSI, Guy Chastagner.
Cette simulation d'écoulement turbulent autour d'un immeuble peut prédire des phénomènes de vents violents désagréables pour les piétons. L'outil de simulation peut ainsi s'avérer pertinent dans un processus de projet d'architecture devant respecter des contraintes environnementales
.

On pourrait tout autant imaginer (et c'est le cas) une "météo" des routes, du trafic téléphonique, de la pollution, du marché du travail, toujours dans un but de bien-être.
La simulation est ainsi, au moins pour la société, un moyen d'anticipation et d'action face à des agents agressifs ou au contraire bienfaisants.

Dans le cadre de la téléphonie mobile, la simulation peut prévoir la qualité de l'accès à certains services d'abonnement dans un contexte de régime nominal ou de régime de pointe exceptionnel (samedi soir à 20h30 ou fêtes de fin d'année). Ceci est aussi très important pour l'image de l'opérateur télécom qui revendique commercialement une qualité de service irréprochable.

Poussons le raisonnement beaucoup plus loin : si on admet que les lois qui régissent l'économie sont déterministes, alors des "prévisions météos" économiques pourront être obtenues en anticipant certains facteurs tels que des sauts technologiques (appelés chocs) et la politique budgétaire ou d'aide de l'Etat.
En proposant  ces prévisions avec une certaine échelle de confiance, l'individu ou le ménage pourra ainsi se faire sa propre opinion de la conjoncture future et définir sa propre politique de gestion de patrimoine : gestion de l'épargne, du portefeuille d'actifs financiers, de consommation de biens, de carrière, politique immobilière, etc.

Alan Greenspan, président de la Fed, réserve fédérale américaine, l'homme qui fait "la pluie et le beau temps" sur les marchés financiers, possède-t-il un tel outil de simulation pour " jouer " avec les taux directeurs et garantir la croissance américaine ?

Références bibliographiques
- Florian de Vuyst, " L'invasion programmée de la simulation ", La Recherche, n° 337, décembre 2000, p. 74-75.
- Kenneth J. Arrow, " Théorie de l'Information et des organisations ", Théories économiques, Dunod, 2000.
- Bernard Guerrien, " La théorie néo-classique, bilan et perspectives du modèle d'équilibre général ", 3è édition, Economica, 1989.
- Jean-François Claver, Jacqueline Gélinier, Dominique Pitt, "La gestion de flux en entreprise - modélisation et simulation", Hermès 1996, ISBN : 2866015754

Consultations Web
- Site de simflux : www.simflux.com , où l'on se reportera notamment sur la rubrique "Démos" pour y lire l'article "Un exemple d'application de simulation : quelle politique tarifaire choisir pour l'hébergement de sites Web ?
- Dispositif " osons entreprendre " de l'université de Cergy-Pontoise : www.u-cergy.fr/entr/osons.html
- Centre de Mathématiques et de leurs Applications CMLA (ENS de Cachan) : www.cmla.ens-cachan.fr
- Simulations en ingénierie, interactives via le navigateur : http://webmodels.femlab.com
- Loi sur l'innovation et la recherche : http://www.recherche.gouv.fr/technologie/mesur/loi/inovloi.htm


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