Reasoning on data in agroecology: application to the selection of service plant species
Raisonner sur des données en agroécologie : application à la sélection d'espèces végétales de service
Résumé
There is a crucial need for tools to design sustainable agroecosystems based on agroecology. Indeed, such agroecosystems are intrinsically complex and their design requires the integration of various unstabilized scientific data and knowledge. In this thesis, we consider the issue of selecting plant service species based on their potential to provide ecosystem services. To address this issue, we adopt an approach based on both a formalized representation of knowledge that allows reasoning and on the exploitation of data collected independently of the targeted application. More precisely, we rely on recent scientific results in agronomy linking functional traits (measurable characteristics of plant species) to ecosystem services (through ecosystem functions), and on data concerning the values of functional traits collected by the ecology research community. The central question we address is: to what extent can available data on plant functional traits be exploited and combined with an adequate representation of scientific knowledge on trait-function-services link to assess the potential contribution of any plant species to a targeted ecosystem service? The architecture of our system is inspired by the Ontology-Based Data Access paradigm, which allows combining data and knowledge. We provide a methodology for acquiring scientific knowledge in the form of diagrams linked to data sources, as well as a formalization in a rule-based logic language. These rules are independent of the diagrams and specific data, which allows a certain genericity and facilitates the evolution of the system. We apply our methodology in the case of vineyard grassing, i.e. the installation of herbaceous service plants in vineyards. We validate the results of our tool in the case of a selected ecosystem service by comparing them with those from the scientific literature in agronomy and ecology. Finally, we define a general theoretical framework to explain the inferences made by the system, which we illustrate on our case study.
Il y a un besoin crucial d'outils permettant de concevoir des agroécosystèmes durables basés sur l'agroécologie. En effet, de tels agroécosystèmes sont intrinsèquement complexes et leur conception nécessite d'intégrer diverses données et connaissances scientifiques non stabilisées. Dans cette thèse, nous considérons la question de la sélection d’espèces végétales de service en fonction de leur potentiel à fournir des services écosystémiques. Pour aborder cette problématique, nous adoptons une approche basée à la fois sur une représentation formalisée des connaissances qui permet des raisonnements et sur l'exploitation de données collectées indépendamment de l'application visée. Plus précisément, nous nous appuyons d'une part sur des résultats scientifiques récents en agronomie reliant les traits fonctionnels (caractéristiques mesurables des espèces végétales) aux services écosystémiques (par l’intermédiaire de fonctions écosystémiques), et d'autre part sur des données concernant les valeurs de traits fonctionnels collectées par la communauté de recherche en écologie. La question centrale que nous étudions est la suivante : dans quelle mesure peut-on exploiter les données disponibles sur les traits fonctionnels des plantes et les combiner à une représentation adéquate des connaissances scientifiques sur les relations traits-fonctions-services pour évaluer la contribution potentielle d’une espèce végétale quelconque à un service écosystémique visé ? L'architecture de notre système s'inspire de celle du paradigme Ontology-Based Data Access, qui permet de combiner données et connaissances. Nous fournissons une méthodologie pour acquérir des connaissances scientifiques sous la forme de diagrammes liés à des sources de données, ainsi qu'une formalisation dans un langage logique basé sur des règles. Ces règles sont indépendantes des diagrammes et de données spécifiques, ce qui permet une certaine généricité et facilite l’évolution du système. Nous mettons en application notre méthodologie dans le cas de l'enherbement des vignes, c'est-à-dire l'installation de plantes herbacées de service dans les vignobles. Nous validons les résultats de notre outil dans le cas d’un service écosystémique choisi en les comparant à ceux issus de la littérature scientifique en agronomie et écologie. Finalement, nous définissons un cadre théorique général permettant l’explication des inférences réalisées par le système, que nous illustrons sur notre cas d’étude.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)