Ontologie du métabolisme territorial

De Metabolisme territorial
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L'analyse ontologique du métabolisme territorial

La mise au point d'une ontologie (voir chapitre 1.2.1) du métabolisme territorial va nous permettre de définir une structure pour les données qui en permettent l'étude. La notion de métabolisme est en effet trop abstraite pour être exploitable en tant que telle et il faut pouvoir la formaliser pour la rendre opérationnelle dans un système d'information. L'ontologie présentée dans ces travaux est le fruit d'une réflexion itérative : la proposition a été réfléchie, formulée, testée et affinée au fur et à mesure. La conception d'un prototype logiciel a été d'une grande aide pour s'assurer de la faisabilité opérationnelle de notre proposition.

Une première étape dans la définition de l'ontologie consiste à identifier les concepts sous-jacents, clairs et concrets qui sont mobilisés à travers la notion général. Pour identifier ces concepts, nous partons d'une définition que l'on retrouve assez largement dans la littérature scientifique : Le métabolisme territorial est l’ensemble des processus techniques et socio-économiques par lesquels les territoires mobilisent, consomment et transforment la matière et l’énergie (Kennedy et al. 2007 ; Barles 2008). Bien que certains termes soient déjà plus concrets ("territoires", "matière", "énergie"), la notion de "processus techniques et socio-économiques" mérite plus de clarification. Ces processus sont ainsi les échanges (pas forcément matériels, ils peuvent être lié à un service) et les manipulations des acteurs du territoire qui se manifestent sous la forme de flux (physiques, financiers ou d'information) ou de stocks (Erkman 2004).

Cette première analyse met ainsi en exergue onze concepts : Territoire, Mobilisation, Consommation, Transformation, Matière, Energie, Échanges, Manipulation, Acteurs, Flux, Stocks. Les notions de "Mobilisation" et de "Manipulation" peuvent être considérée comme redondantes avec celles de "Consommation" et de "Transformation", aussi nous les écartons. La notion de consommation est rattachée à celle de flux, la consommation d'un produit se confondant en effet avec un flux entrant. Les échanges sont également confondus avec des flux. Enfin, la matière et l'énergie sont regroupés et associés avec les concepts supplémentaires d'objets et de service sous le terme de "Produit". Un produit peut ainsi désigner tout ce qui peut faire l'échange entre deux acteurs, sans se limiter à la seule considération matérielle.

Finalement, après regroupement, six concepts ressortent comme étant fondamentaux pour donner du sens à la notion de métabolisme territorial : Flux, Stock, Produit, Transformation, Acteur, Territoire. Nous allons poursuivre la définition de l'ontologie en identifiant pour chacun de ces concepts leurs attributs et les relations qu'ils entretiennent avec les autres concepts. Ces propriétés sont synthétisées dans l'annexe : Ontologie et modèle de données du SINAMET.

Territoire

Un territoire est un concept aux contours flous et mouvants, qui recouvre différentes approches selon les disciplines (https://www.cairn.info/revue-vie-sociale-2011-2-page-23.htm). Il peut notamment faire référence à plusieurs dimensions (Laganier et al. 2002) : matérielle (les caractéristiques géo et biophysiques et l’aménagement de l’espace par les infrastructures), organisationnelle (les acteurs sociaux et institutionnels eux mêmes caractérisés par leurs rapports relationnels), et identitaire (l’identité du territoire, à la fois objective -limites, histoire, patrimoine culturel- et subjective dans la représentation que s’en font les acteurs). Ces trois aspects du territoire sont dynamiques et évoluent avec le temps, les territoires pouvant même disparaître ou apparaître (https://journals.openedition.org/netcom/2104#tocto2n4).

Dans l'analyse du métabolisme, la notion de territoire est nécessairement mobilisée pour trois raisons. Il faut tout d'abord pouvoir 1 - interpréter des données statistiques déclinées selon un découpage administratif. Ce découpage établi des limites géographiques légalement objectives (mais parfois contestées) qui permettent de 2 - spatialiser l'information. Enfin il est possible d'identifier les acteurs qui évoluent dans un territoire donnée. Cela va ainsi permettre de 3 - sélectionner et contextualiser l'information pour la rapprocher de l'environnement parfois très local de ces acteurs.

Pour rendre explicite le territoire au sein d'un système d'information, nous le définissons comme une aire géographique (une partie de la surface terrestre) communément désignée par les utilisateurs manipulant les mêmes informations. Tant que l'on ne cherche pas à cartographier l'information (et on ne cherche pas systématiquement à le faire), il n'est pas nécessaire de connaître précisément les limites de ces aires. L'image cognitive renvoyée par le nom d'un territoire (image qui résulte d'une construction sociale) est généralement suffisante pour identifier ce territoire et s'en donner une idée spatiale. Cette définition permet de conceptualiser des territoires arbitraires ; il est toutefois plus simple et utile de faire référence à des territoires largement reconnus, notamment les territoires formés par le découpage administratif : pays, régions, villes, ... jusqu'à la parcelle cadastrale et les bâtiments. En deçà, nous pouvons encore imaginer de diviser les différentes parties d'un bâtiment, même si nous ne sommes plus dans le cadre d'un découpage géographique mais spatial.

A cette notion de territoire, il convient de définir les propriétés (attributs ou relations) qui y sont associées. Pour cela, nous nous inspirons très fortement des travaux de l'Organisation des Nations unies pour l'alimentation et l'agriculture (Food and Agriculture Organization of the United Nations - FAO) qui a proposé une "ontologie géopolitique" des territoires suite à un travail de collecte d'information sur les territoires. Cela a abouti en 2002 à la création d'un portail "Profils de pays de la FAO" [1] qui rassemble différentes statistiques nationales dans les domaines de l'agriculture et du développement. Afin de mieux structurer toute ces données, la FAO a travaillé sur une "ontologie géopolitique", publiée en 2008 et qui défini les informations clefs d'un territoire[2] afin faciliter l’échange et le partage de données de manière standardisée entre les systèmes de gestion d’informations (Caracciolo et al. 2006). Cette ontologie a été formalisée en OWL, afin de structurer les données et les rendre interopérables à travers le web de données. Elle constitue ainsi une ontologie de référence mondialement reconnue (Kim et al. 2013). Elle distingue deux classes d'objets : les territoires et le groupes de territoires. Les territoires correspondent aux pays et nations membres de la FAO, qu'ils soient autonomes, contestés ou non. Les groupes correspondent à des ensembles géographiques, économiques ou organisationnels.

L'ontologie précise également les attributs des territoires. La première catégorie sont les codes de références qui permettent d'identifier des territoires de manière unique. Il en existe une multitude qui peuvent être utilisés. La FAO mentionne les codes utilisés dans les institutions internationales : UN M.49, ISO-3166 Alpha-2 et Alpha-3, code PNUD, code GAUL, FAOSTAT, AGROVOC et FAOTERM, ainsi que l'identifiant DBPedia (pour la connexion au web de données). Il existe d'autres identifiants, comme le code Insee en France[3], le NUTS utilisé dans l'Union européenne ou le FIPS aux Etats-Unis. Différents services (publics, communs ou privés) attribuent également leurs propres identifiants à des territoires, comme OpenStreetMap, GeoNames, Wikidata, des bibliothèques nationales, Facebook, Michelin Voyages, Encyclopædia Britannica Online ...

Si les codes sont des attributs pratiques pour permettre l'identification non ambigüe d'un territoire, les échanges humains font plutôt recours au nom du territoire. Toutefois, l'usage d'un nom pour identifier de manière unique un territoire est moins robuste. D'une part, la diversité linguistique pose problème puisque les territoires n'ont pas les mêmes noms dans les différentes langues (sans compter les problèmes générés par les caractères accentués ou non-latin). Ensuite il est fréquent d'avoir plusieurs territoires homonymes, notamment pour les villes (par exemple Sidney au Canada, Brest en Biélorussie), ou les EPCI (il y a en France deux "Communauté de Communes des Quatre Rivières", et avant 2018, il y avait encore plus d'homonymes - notamment trois "Communauté de Communes des Trois Rivières"). Enfin, un territoire peut posséder un nom court et un nom officiel dans une même langue ("Russie" ou "Fédération de Russie").

La FAO intègre également comme attributs des territoires leurs coordonnées géographiques (latitude maximale, latitude minimale, longitude maximale, longitude minimale), des données statistiques de base (superficie du pays, superficie des terres, terrains agricoles, population et PIB), ainsi que les informations sur les noms et codes de leur devises et les adjectifs de la nationalité. Les territoires sont aussi repérés temporellement avec leur période d'existence. Enfin, l'ontologie de la FAO présente aussi trois types de relations entre territoires : l'appartenance d'un territoire à un groupe de territoires, les territoires frontaliers et la succession historique d'un territoire à un autre (comme la Russie qui succède à l'URSS)

Dans la stratégie de la définition d'une ontologie, c'est-à-dire dans l'objectif de servir de référence partagée, il nous paraît nécessaire de réutiliser au maximum des ontologies existantes et reconnues. Toutefois, certains ajustements nous paraissent nécessaires. D'une part, nous ne distinguons pas les territoires des groupes de territoires. De notre point de vue, un groupe de territoire est lui-même un territoire. Cette approche nous permet de décrire le monde par une hiérarchie de territoires en évitant les problèmes sémantiques liés au regroupement : la France regroupe 18 régions, s'agit-il d'un territoire ou d'un groupe de territoires ? Ainsi, dans notre modèle, la notion de groupe n'existe pas, mais les territoires peuvent s'intégrer dans d'autres territoires plus vastes. Afin d'organiser cette hiérarchie, il nous semble nécessaire de disposer d'un attribut précisant l'échelle du territoire (ville, département, région, pays, ...). D'autres part, nous proposons également d'ajouter deux informations géographiques : les coordonnées du centre géographiques, ainsi que les frontières délimitant ce territoire et une information temporelle : la période d'existence du territoire.

Pour résumer, nous avons défini simplement le territoire comme une aire géographique déterminée par des conventions sociales. Ces territoires possèdent des attributs d'identification (codes et noms) dont au moins l'un des deux est nécessairement donné (les codes étant à privilégier pour éviter les ambiguïtés). Les territoires possèdent également des attributs géographiques (frontières, centre géographique, latitudes et longitudes extrêmes) et un large panel d'attributs de caractérisation (échelle, surface, population, PIB, période d'existence ...). Les territoires entretiennent également des relations avec d'autres territoires (frontières communes, relation d'inclusion et succession historique). Ces différents attributs sont récapitulés en annexe X dans le modèle détaillé des données.

Acteur

La notion d'acteur est polysémique. Pour la définition de notre ontologie, il s'agit de pouvoir désigner les personnes du territoire qui manipulent des ressources ; il s'agit plus souvent de personnes morales que de personnes physiques, mais il peut aussi s'agir d'un ensemble d'acteur comme un secteur d'activité.

De manière similaire aux territoires, nous pouvons utiliser pour les acteurs des attributs d'identification, de géolocalisation, de caractérisation et de relation. Pour le premier cas, les acteurs peuvent être identifiés par des codes (comme le numéro SIRET ou le code de la Nomenclature d’activités française - NAF), ou par une dénomination (éventuellement dans différentes langues). Il peuvent être géolocalisés, avec une adresse ou des coordonnées. Ils peuvent être caractérisés par leur période d'existence, le nombre d'employés pour une entreprise, son chiffre d'affaire ou son secteur d'activité. Enfin, les acteurs peuvent être liés entre eux (un groupe peut posséder plusieurs succursales) ou se succéder. Enfin, les acteurs peuvent également être ancrés sur un ou plusieurs territoire, par exemple une collectivité qui exerce ses compétences dans ses limites administratives, ou même simplement une entreprise implantée sur un terrain.

En synthèse (et également en annexe), nous identifions donc plusieurs types de propriétés pour les acteurs : des attributs d'identification (codes et noms), de géolocalisation (adresse, coordonnées), un large panel d'attributs de caractérisation (période d'existence, nombre d'employé, chiffre d'affaire, ...), et des relations avec d'autres acteurs (hiérarchie, succession) et des territoires.

Produit

De manière formelle, nous définissons un "produit" comme étant l'objet d'un échange entre des acteurs d'un territoire. Dans cette approche, ce terme peut ainsi tout aussi bien désigner des objets, la matière qui les compose, de l'énergie ou des services. Même si l'étude du métabolisme est avant tout une approche matérielle et énergétique, les services contribuent au métabolisme du territoire et doivent donc pouvoir être également considérés. Finalement, cette définition inclut un large éventail de concepts : du minerai brut, des objets finis, des déchets, de l'électricité, des services rendus, le transport de marchandises, des transactions financières, ...

Afin de pouvoir classifier l'information relative aux produits, nous avons vu (§3. ...) qu'il est fréquent de faire référence à une nomenclature permettant d'associer un code et un nom standardisé (dans différentes langues) à un produit (voir figure X). Nous retrouvons les attributs d'identification (code et nom), en plus desquels il faut préciser la nomenclature de référence. Les attributs de géolocalisation ne sont pas pertinents ici. En revanche, les produits peuvent être associés à des caractéristiques physiques ou économiques, des liens de conversion entre différentes nomenclatures (§3...), ou d'autre information comme leur durée de vie. Enfin, les produits peuvent être hiérarchisés, comme c'est souvent le cas dans les nomenclatures (voir également figure X).

Stock

Dans notre ontologie, un stock est défini comme la quantité d'un produit appartenant à un acteur et/ou localisé sur un territoire à un instant donné. Dans des cas particuliers, nous pouvons définir le stock sur une période, plutôt qu'à un instant donné, par exemple pour caractériser le temps de transit d'un objet dans une plateforme logistique. Par ailleurs, nNous reviendrons un peu plus loin sur la quantification du stock qui peut s'exprimer en différentes unités (voir §2...).

Un stock peut également être caractérisés par d'autre attributs, par exemple sa géolocalisation, même si cette information peut être accessible également en connaissant l'acteur ou le territoire associé au stock. En fait, même s'il n'est pas exclu de devoir mobiliser dans certains cas des caractéristiques supplémentaires, les informations sur le produit, la temporalité, la quantité (et unité), et l'acteur / le territoire associé sont généralement suffisantes pour décrire de manière satisfaisante un stock.

Flux

La notion de flux possède plusieurs définitions selon les disciplines scientifiques. Trois idées clefs peuvent y être associées :

  • Un échange entre deux acteurs (matière, argent, ...), éventuellement entre l'environnement et le système socio-économique,
  • Un déplacement avec un sens, depuis une origine vers une destination, ainsi qu'éventuellement un chemin.
  • La traversée d'une surface (une "porte") par de la matière ou de l'énergie, selon une définition plus physique.

Ces idées se recoupent mais ne sont pas forcément équivalentes, et ne peuvent pas tout à fait être décrites de la même façon. Dans tous les cas, définir un flux requiert d'indiquer le produit dont il est constitué, sa quantité (éventuellement dans différentes unités, voir plus loin) et le cadrage temporel du flux (qui peut être une période ou une date ponctuelle). Il est également nécessaire de contextualiser le flux en l'associant au territoire sur lequel il se manifeste, et/ou à l'acteur qui le manipule. En fait, ce dernier point amène à devoir distinguer deux types de flux :

  • Ceux dont on connait l'origine (en termes d'acteur et/ou de territoire) ET la destination, et éventuellement le chemin. Nous qualifierons ces flux de "flux de chemin" (PathFlow). Les statistiques de transport de marchandises entrent dans ce cas de figure.
  • Ceux qui se manifestent à un endroit donné, sans que cela implique de connaitre à la fois l'origine et la destination de manière claire. Nous qualifierons ces flux de "flux de porte" (GateFlow). Plusieurs notions courantes du vocabulaire économique et environnemental reposent implicitement sur cette notion : lorsqu'on parle d'extraction, de recyclage, de rejets, d'émissions, de production ou de consommation, c'est souvent en association avec un seul acteur ou un seul territoire.

En plus de ces informations minimales, d'autres attributs peuvent compléter la description d'un flux, par exemple sa raison d'être (ce à quoi va servir le produit) ou le moyen de transport (route, rail, voie navigable, mer, air, pipeline, fil électrique).

Transformation

La transformation de la matière et de l'énergie est le fondement des processus économiques et techniques. Dans une approche modélisatrice et simplificatrice, une transformation peut être assimilée à un système "boite noire", qui converti des produits en entrées en d'autres produits en sortie (http://documents.irevues.inist.fr/handle/2042/9160). Cette conversion est soumis à des lois de conservation à minima physiques (celles de la masse et de l'énergie), et parfois socio-économiques (comme la conservation de la quantité de monnaie[4]).

Les transformations peuvent être liées entre elles, les sorties des unes devenant les entrées des autres, permettant de conceptualiser des interactions complexes avec rétro-actions pouvant former des macro-systèmes. Les territoires et les acteurs peuvent ainsi être assimilés à de tels macro-systèmes de transformation.

Dans notre ontologie, les transformations constituent donc le support d'une modélisation dynamique des flux et stocks, que ce soit pour des processus élémentaires ou pour des entités macro (territoires ou acteurs), là où les concepts précédents ne permettent qu'une description statique. Elles permettent de connecter explicitement ces flux et ces stocks de produits entre eux.

De manière formelle, une transformation va être décrite à minima par une référence (nom / code / territoire / acteur), une série de flux en entrée et une série de flux en sortie. Il peut être nécessaire de considérer également les variations de stock.

Si on poursuit Pour pousser plus loin


Néanmoins, nous ajoutons en plus de cette notion de transformation, une notion d’association Sorties/Sorties. Cette notion prend sens pour associer des émissions et des déchets en sorties à des produits finis. Dans une optique de responsabilité, il paraît cohérent de pouvoir associer les flux de déchets aux produits finis qu'ils ont contribué à fabriquer, même s’ils ne sont pas retenu physiquement dans le produit.

Les entités de type Transformation permettent de définir et modéliser ces processus essentiels dans le métabolisme. Elles peuvent être également associées à des acteurs ou des territoires.

Autres concepts

L'étude de chacun des concepts nous amènes à identifier des propriétés communes à certains, voire à tous les concepts :

  • Ces concepts ont un nombre d'attributs a priori inconnu. Si certains attributs sont assez communs, voire essentiels pour donner du sens aux concepts qu'ils décrivent, d'autres sont plus anecdotiques mais peuvent tout de même être mobilisés dans les études (par exemple le PIB ou la température moyenne d'un territoire sur une période, la densité ou le prix d'un produit, ...). Cela implique de concevoir notre modèle conceptuel afin qu'une partie des attributs puissent être prédéfinis et partagés entre plusieurs utilisateurs, mais aussi que ces derniers puissent ajouter librement les attributs qu'ils considèrent nécessaires à son étude. Cela a plusieurs implications sur le modèle conceptuel des données et sur l'architecture logicielle du SINAMET que nous verrons dans un paragraphe dédié aux attributs.
  • Certains concepts sont quantifiables (Flux, Stock), d'autres non (Territoire, Acteur, Produit). Les transformations sont un cas particulier que nous ne considérons pas comme quantifiables. Selon l'approche retenu, les Produit ne sont pas quantifiables : on ne peut pas quantifier l'objet ordinateur ou la matière fer en tant que concept, mais on peut quantifier un flux ou un stock d'ordinateurs ou de fer. Il est toutefois possible de définir des coefficients numérique comme des attributs de Produit, notamment pour des unités (1 ordinateur = 2 kg d'ordinateur, 1 kg de fer = 7860 cm3 de fer, ...). Cette conversion des unités interpelle également sur la gestion de différentes unités possibles pour la quantification des flux et des stocks de produits. Il est possible de les quantifier par leur prix, par le poids, par leur volume et par tout un panel d'autres unités qui nous oblige à voir la question des unités dans un paragraphe à part.
  • La question du temps est transversale à notre modèle. Les concepts quantifiables n'ont de sens que s'ils sont repéré temporellement. L'information sur un flux ou un stock dont on ignore la temporalité n'est pas exploitable. D'autres parts, les territoires évoluent avec le temps, en terme de population, de PIB, et même de structure administrative avec la récente loi portant Nouvelle Organisation du Territoire de la République (VERIF). Certains attributs doivent ainsi être repéré temporellement. Ce repère temporel consiste soit en un instant (comme une population) soit en une période. La gestion de l'information temporelle est une tâche transversale que nous abordons au fur et à mesure des concepts analysés. Toutefois, nous verrons un paragraphe dédiée à la gestion fonctionnelle des informations temporelles à travers le SINAMET.

L'analyse ontologique nous amène ainsi à formuler le postulat suivant : l'information relative au métabolisme d'un territoire est nécessairement une information relative à l'un de ces six concepts. Nous verrons plus loin les implications de ce postulat dans l'utilisation du SINAMET.

Autres

Nous présentons également des concepts ressources, non spécifiques au métabolisme territorial, mais considérés nécessaires à la structuration des données au sein du SINAMET. Le diagramme UML correspondant à cette structure de données est disponible en .......

Ressources & Références



Références

• Barles, S., 2008, Comprendre et maîtriser le métabolisme urbain et l’empreinte environnementale des villes, Responsabilité & Environnement, 52, pp. 21-26. [En ligne] URL : http://www.annales.org/re/2008/re52/Barles.pdf. Consulté le 19 avril 2018.
• Caracciolo, C., Iglesias Sucasas, M., Keizer, J., 2006, Towards interoperability of geopolitical information within FAO, Computing and Informatics, 27, pp. 119-129. [En ligne] URL : http://aims.fao.org/capacity-development/publications/towards-interoperability-geopolitical-information-within-fao. Consulté le 19 avril 2018.
• Erkman, S., 2004, Vers une écologie industrielle – comment mettre en pratique le développement durable dans une société hyper-industrielle, 137. Ed. Charles Léopold Mayer, 258 p.
• Kennedy, C., Cuddihy, J., Engel-Yan, J., 2007, The Changing Metabolism of Cities, Journal of Industrial Ecology, 11, pp. 43-59. DOI : 10.1162/jie.2007.1107
• Kim, S., Iglesias-Sucasas, M., Viollier, V., 2013, The FAO Geopolitical Ontology: A Reference for Country-Based Information, Journal of Agricultural \& Food Information, 14, pp. 50-65. Taylor & Francis. DOI : 10.1080/10496505.2013.747193
• Laganier, R., Villalba, B., Zuindeau, B., 2002, Le développement durable face au territoire : éléments pour une recherche pluridisciplinaire, Développement durable et territoires. DOI : 10.4000/developpementdurable.774


Notes de bas de page

  1. http://www.fao.org/countryprofiles/fr/
  2. http://www.fao.org/countryprofiles/geoinfo/fr/
  3. Le code Insee pose toutefois un problème puisqu'il associe un code à deux chiffres bien connu aux départements, mais également aux régions. Par exemple, le code 44 correspond à la fois à la région Grand-Est et au département Loire-Atlantique. Pour éviter les ambiguïté, nous ferons précéder les codes régions par R (RX pour les régions d'avant 2016)
  4. La conservation de quantité la monnaie ne s'applique qu'à une échelle micro-économique. A l'échelle macro, les privilèges de création monétaire octroyés à certains acteurs économiques rendent mouvant ce principe de conservation.
Faits relatifs à « Ontologie du métabolisme territorial »
KeyRefkennedy2007 +, barles2008 +, erkman2004 +, laganier2002 +, caracciolo2006 + et kim2013a +
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