Recueil et Formalisation de procédés experts pour conduire une protection intégrée du vignoble - INRAE - Institut national de recherche pour l’agriculture, l’alimentation et l’environnement Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2009

Elicitation and Formalization of an Expert decision workflow to manage an integrated crop protection of the vineyard

Recueil et Formalisation de procédés experts pour conduire une protection intégrée du vignoble

Résumé

Consumption of phytopharmaceutics by French viticulture is high. Two fungal diseases, powdery mildew and downy mildew make up for 70% of the yearly pesticides spendings for that crop. As they can cause total destruction of the harvest these diseases are seen as pestilences by the growers. As of today, considering the risks, chemical protection is the sole efficient mean of protection. A Crop Health team (Santé Végétale in Bordeaux) has undertaken since 2001 to solve the difficult task of designing decisional pest management systems for the vineyard. Innovative systems have to demonstrate that, in conformance with Integrated Pest Management (IPM) principles, it is possible to produce high quality grape with a low number of fungicide treatments. The team achieves this by evaluating disease levels plot by plot and by structuring knowledge in what we call a Decision Workflow System (DeWS). The pathologists have adopted an iterative design scheme, interweaving design phases with plot scale experiments. At the end of the third iteration (2001 2003 2005) they felt the need for a more formalised approach. My task consisted in identifying, and, if required, creating the formal tools and methods that would allow the experts to ameliorate their design. The three following needs were stated: to be able to communicate the DeWS; to be able to evaluate its operational aspect; to make the DeWS reliable. The DeWS concept is a prescriptive approach, making decisions at the operational level, for which crop protection is seen as a process spanning over the whole season. Knowledge elicitation of the process was carried out using the discrete events system language Statechart. Statechart Diagrams have been used as the media between the expert designers and the knowledge engineer. This novel knowledge elicitation method is a research result on its own along with the resulting model of the Grapevine powdery and downy Mildew DecisionWorkflow System (GrapeMilDeWS) (POD Mildium in French). Two validation methods were designed to evaluate the quality of the elicited model and identify differences of behaviour between decision observed during the experiments and the model's simulations. The model has been validated against the data from two experiments (2005; 2006). It showed 85% decision similarity. This thesis highlights the advantages of the workflow management Engineering (using Statecharts) to analyse and design crop protection systems.
La viticulture française est un gros consommateur de produits phytosanitaires. Deux maladies fongiques, l'oïdium et le mildiou de la vigne, représentent à elles seules 70% des dépenses annuelles de pesticides pour cette culture. Ces maladies pouvant causer la destruction complète des récoltes, sont ressenties comme des fléaux. Face à de tels risques, seule la protection chimique est aujourd'hui efficace. Une équipe de phytopathologiste (Santé Végétale à Bordeaux) a entrepris en 2001 de résoudre le problème difficile de la conception et de la mise au point de systèmes décisionnels de gestion des maladies de la vigne. Ces systèmes innovants doivent faire la preuve qu'il est possible de produire du raisin de qualité en diminuant fortement le nombre de traitements fongiques, conformément aux principes de la Protection Intégrée des Cultures (PIC). L'équipe y parvient en utilisant des observations à la parcelle et une connaissance structurée qui prend la forme de ce que j'ai nommé un Processus Opérationnel de Décision (POD). Ces pathologistes ont mis en oeuvre une approche itérative de la conception, mêlant phases de conception et phases d'expérimentation de plein champ. A l'issue de trois itérations (2001, 2003,2005) ils exprimaient le besoin de formaliser leur démarche. Il s'agissait donc d'identifier et, si nécessaire, de créer les outils formels et les méthodes qui permettraient aux experts pathologistes d'améliorer le résultat de leur conception en répondant à trois besoins : Pouvoir communiquer le POD à d'autres chercheurs, en tester les aspects opérationnels, et rendre le POD fiable. Le concept de POD correspond à une approche prescriptive et opérationnelle de la décision, où la protection des cultures est envisagée comme un processus intégré sur l'ensemble de la saison. Les connaissances permettant de formaliser ce processus ont été recueillies dans le langage Statechart qui est un formalisme à évènements discrets. Les diagrammes Statecharts ont été utilisés comme média entre les experts concepteurs et le cogniticien. La méthode de recueil est originale et constitue un résultat de recherche au même titre que le modèle du « POD Mildium » qui en est le produit. Deux méthodes de validation ont été élaborées pour estimer la qualité du modèle et pointer les défauts de concordance entre les simulations du modèle recueilli et les comportements décisionnels observés. Ce modèle a été validé à partir des données de deux campagnes expérimentales (2005, 2006). On a montré que 85% des décisions étaient similaires. L'ensemble du travail illustre l'intérêt de l'ingénierie des processus métiers abordée via les statecharts pour raisonner et concevoir des systèmes de protection des cultures.
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tel-00372383 , version 1 (15-05-2020)

Identifiants

Citer

Bertrand Léger. Recueil et Formalisation de procédés experts pour conduire une protection intégrée du vignoble. Sciences de l'environnement. Doctorat Génie des Procédés, Supagro Montpellier, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00372383v1⟩
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