Module 3.3 Aménagement de la forêt

Activité 6 Le modèle NetLogo « Simpachamama »

Activite6_Fig1
Image produite au cours d’une simulation du modèle NetLogo « Simpachamama »

Description générale du modèle

Le modèle « Simpachamama » est un modèle multi-agent qui s’inspire du jeu vidéo SimCity. Pachamama est le nom d’une déesse vénérée par les peuples autochtones des Andes et signifie Terre-Mère. Dans ce modèle, l’utilisatrice ou l’utilisateur joue le rôle d’un maire (ou d’une mairesse!) d’une petite communauté rurale vivant en bordure d’une zone agricole.

Le maire, ou la mairesse, doit implanter des politiques qui visent à améliorer le bien-être des habitants de sa communauté tout en réduisant la déforestation sur une durée de 20 ans. Les habitants, les agents du modèle, sont des agricultrices ou des agriculteurs et leur famille. Leurs comportements changent en fonction des politiques adoptées et affectent les changements d’utilisation des terres. Le maire a un budget limité qu’il utilise pour des investissements publics (en santé ou en éducation par exemple). Si le maire utilise plus de fonds qu’il n’en possède, la communauté fait faillite et la simulation s’arrête.

Le modèle permet d’étudier deux scénarios principaux : le scénario par défaut et un scénario où la communauté participe à un mécanisme international de compensation financière pour la réduction de la déforestation (comme REDD+). Dans le premier scénario, les agricultrices et les agriculteurs favorisent l’élevage de bétail ce qui conduit à une forte déforestation. Dans le second scénario, le maire bénéficie de fonds supplémentaires et peu ainsi accroître ses investissements publics selon plusieurs options qui tendent à améliorer les conditions de vie des habitants.

Vous remarquez que ce modèle est plus complexe que les modèles NetLogo que vous avez explorés jusqu’à maintenant.

Fonctionnement du modèle

Il y a deux variables principales de suivi dans ce modèle : le bien-être des habitants et le taux de déforestation par capita. L’objectif du maire est de maximiser la première variable tout en minimisant la seconde.  Ceci constitue un problème d’optimisation.

Le bien-être des habitants est une fonction qui dépend de cinq facteurs :

  1. le taux de consommation par capita dans une famille
  2. le nombre moyen d’heures de loisir par capita dans une famille
  3. la quantité de bétail par famille (considéré comme un mécanisme d’épargne et d’assurance)
  4. les investissements publics dans la communauté (santé, éducation, infrastructures, etc.)
  5. la superficie de forêt dans la communauté (puisqu’elle procure des services écologiques).

Le taux de déforestation est déterminé par les décisions d’utilisation des terres faites par les fermiers. Ces décisions sont influencées par divers facteurs.

  1. Déforestation :
    Tant qu’une agricultrice ou agriculteur a des lots de forêts à sa disposition, elle ou il peut décider de les convertir. Par défaut le coût pour convertir un lot de forêt en terre dédiée est l’agriculture ou à l’élevage est nul.  On estime que les revenus de la vente du bois équivalent le coût pour le déboisement et la préparation. Cependant, si le maire impose une taxe sur la déforestation ce coût devient non-nul.
  2. Utilisation à des fins de culture
    Le coût pour cultiver une terre dépend de la disponibilité de la main d’œuvre et du coût d’exploitation – les terres éloignées des routes étant plus dispendieuses. Le coût d’exploitation augmente avec le temps, ceci s’explique par la diminution des nutriments et par l’augmentation des mauvaises herbes. De façon périodique, les agricultrices et les agriculteurs doivent mettre en jachère leurs lots de terre.
  3. Utilisation à des fins d’élevage
    Le besoin de lots destinés à l’élevage est établi en fonction de la croissance du bétail. Une agricultrice ou un agriculteur possédant un bétail important peut décider de convertir un ou des lots pour l’élevage ou de vendre son bétail.
  4. Obtention de lots additionnels
    Lorsqu’une famille est établie dans la communauté depuis 20 ans, elle se voit offrir 50 hectares de terre par le gouvernement. Ce mécanisme imite la possibilité pour une famille d’obtenir des terres additionnelles lorsque ses enfants deviennent adultes.
  5. Migration
    Il est possible pour les familles de quitter la communauté vers la ville (émigration) et pour de nouvelles famille de venir s’y établir (immigration). Généralement, les jeunes habitants éduqués quittent la ville lorsque les salaires sont insatisfaisants. D’autre part, les immigrants sont des familles pauvres qui viennent des montagnes dans l’espoir de trouver des conditions meilleures. À son arrivée dans la communauté, chaque famille reçoit un lot de terre agricole de 50 hectares. Les taux nets de migration sont déterminés en fonction du niveau moyen de bien-être dans la communauté.  Si le bien-être de la communauté est élevé, l’immigration sera forte. Dans le cas contraire, l’émigration sera forte.
  6. Marché du travail
    Un manque de main d’œuvre agricole entraîne une augmentation des salaires. Ces activités deviennent alors moins rentables pour les agricultrices et les agriculteurs qui ont de nombreux employés.  Ces fermiers sont donc moins enclins à déboiser leurs lots de forêt. Ceci a pour effet de réduire le taux de déforestation. D’autre part, une augmentation des salaires est bénéfique pour les familles qui constituent la majorité de la main d’œuvre manuelle.

Quatre mesures peuvent être prises par le maire pour atteindre ses objectifs. Ces mesures peuvent être adoptées à tout moment au cours d’une simulation.

  1. Taxe sur la déforestation
    Si une telle mesure est adoptée, le coût de conversion d’un lot de forêt n’est pas nul. Cette taxe a pour effet de réduire la déforestation, mais aussi de réduire le bien-être des habitants puisqu’ils ont moins de revenu destiné à la consommation et moins de bétail comme moyen d’épargne et d’assurance. Cependant, les effets pervers de cette mesure affectent d’avantage le quintile le plus riche de la communauté et aide ainsi à réduire les inégalités en son sein.
  2. Paiement incitatif pour la conservation des lots de forêt
    Cette mesure est bénéfique pour le quintile le plus pauvre de la communauté qui ne pourrait se permettre de cultiver sa terre même si elle était déboisée.
  3. Investissements publics
    Le maire peut décider d’investir des fonds publics dans le but d’améliorer le bien-être de sa communauté (éducation, santé, infrastructure, etc.)
  4. Création d’emplois alternatifs (« Green Jobs »)
    Le maire peut décider d’investir pour la création d’emplois non-agricoles au sein de la communauté, par exemple dans le secteur de l’éco-tourisme. Ces emplois sont mieux rémunérés que les emplois agricoles, et donc dispendieux pour le maire. Cette mesure a pour effet de réduire la main d’œuvre agricole, d’augmenter le salaire de la main d’œuvre agricole et de réduire la déforestation.

Consignes

Suivez les consignes suivantes et répondez aux questions 1 et 2. Si vous voulez des indications sur les réponses, vous pouvez contacter votre chargé d’encadrement.

  • Téléchargez le fichier SimPachamamaEnglish2.0 du modèle « Simpachamama sur votre ordinateur. Notez bien le dossier dans lequel il est enregistré, vous en aurez besoin plus tard pour ouvrir le modèle dans NetLogo.
  • Décompressez le fichier téléchargé en double-cliquant dessus.
  • Ouvrez le logiciel NetLogo.
  • Ouvrez le modèle « Simpachamama» en allant sélectionner le fichier téléchargé précédemment: menu File > Open … > VotreDossier > SimpachamamaEnglish2.0 > SimpachamamaEnglish2.0nlogo; puis appuyez sur Open.
  • Choisissez d’abord l’onglet Info et lisez les sections « What is it? », « How it works? » et « How to use it? ». Ces sections fournissent les informations nécessaires pour bien comprendre le fonctionnement et l’utilisation du modèle.
  • Choisissez maintenant l’onglet Interface.
  • Appuyez sur le bouton setup.

L’interface

  • Familiarisez-vous avec l’interface graphique :
    • La figure principale représente le territoire de la communauté. Ce territoire est divisé en 33120 lots de terre d’un hectare chaque pouvant être dans un des cinq états suivants indiqués par une couleur différente : forêt (vert), pâturage (jaune), jachère (orange), culture (rouge) et conservation (bleue). Les lots de forêt dépeints en vert foncé n’appartiennent à personne. Les autres lots appartiennent à un des 163 agricultures et agriculteurs occupant le territoire. Ces individus ont des familles de taille variable. Notez que tous les agriculteurs et agricultrices ne sont pas illustrés sur la figure. Cette figure illustre aussi la ville vers laquelle les habitants peuvent émigrer.
    • Le coin supérieur gauche de la figure principale affiche la planète-bonheur (« Happy Planet »). La planète-bonheur illustre le bien-être moyen de la population (axe des y) en fonction du taux annuel de déforestation par capita (axe des x).  Afin de dégager un portrait plus clair de la variation de ces variables au sein de la population, les cinq quintiles de la population, des membres les plus pauvres (1) aux membres les plus riches (5), sont représentés par des petits visages dont la position évolue sur la planète-bonheur au cours de la simulation. Idéalement, les mesures prises par le maire devraient conduire les cinq visages dans le coin supérieur gauche de la planète-bonheur.
    • En quelque sorte, la planète-bonheur indique le succès du maire à maximiser le bien-être et minimiser la déforestation.

Les curseurs

  • Familiarisez-vous avec les curseurs :
    • Le curseur E$Y, positionné à droite du bouton Go, est dans la position On si la communauté participe au mécanisme de compensation financière pour la réduction de la déforestation, et dans la position Off dans le cas contraire. La compensation financière est de 5000 $ par hectare de forêt non-déposée. Ce montant s’ajoute alors dans les fonds disponibles au maire.
    • Les quatre curseurs suivants sont associés aux mesures pouvant être prise par le maire. Le premier ConservationPayment constitue le montant alloué par hectare par année à une agricultrice ou un agriculteur qui décide de converser un lot de forêt. Le montant par défaut est 0.
    • Le curseur PublicInvestment constitue le montant dépensé annuellement par le maire dans les investissements publics. Le montant par défaut est de 15 000 $ provenant du gouvernement central.
    • Le curseur DeforestationTax est le montant par hectare récolté par le maire aux agricultrices et agriculteurs qui décident de convertir un lot de forêt en pâturage ou en culture.
    • Le curseur GreenJobs est l’investissement accordé par le maire pour la création d’emplois dans des secteurs non-agricoles.
    • Le menu déroulant PopulationDensity, positionné sous l’image du territoire, permet de choisir une des trois options de densité de population (50, 70 et 100). La valeur par défaut est 70.
    • La case CO2_price_$/ton indique le prix négocié pour une tonne de carbone non émis. La valeur par défaut est 10.

Les variables d’état

  • L’interface affiche l’évolution de plusieurs variables d’état :
    • Year est le temps en année.  Chaque itération du modèle correspond à une année. Sa valeur initiale est 2012.
    • SCORE indique le succès de l’utilisatrice ou de l’utilisateur (vous!) à réaliser l’exercice d’optimisation visant à augmenter le bien-être de la population et réduire la déforestation. Sa valeur initiale est 0.
    • Average wellbeing (Happy Life Years) est la moyenne du bien-être de tous les habitants de la communauté. Sa valeur initiale est 0.
    • Predicted baseline deforestation (ha) est la superficie en hectare de lots déboisés plus la superficie prévue pour la déforestation pour la prochaine année. Cette variable est fonction de la proportion du nombre de lots en jachère par rapport au nombre de lots en culture. Une proportion forte indique que la déforestation est une option attrayante pour les fermiers. La valeur initiale est 2219.
    • Total actual deforestation (ha) est la superficie totale déboisée sur le territoire de la communauté, mesurée en hectare. La valeur initiale est 2219.
    • Annual reduction in deforestation (ha) est la superficie en hectare qui n’a pas été déboisée annuellement. C’est la différence entre la superficie prévue pour la déforestation et la déforestation actuelle au cours d’une année.
    • Percentage population growth/year est le taux annuel de croissance de la population dans la communauté. Ce taux tient compte de l’émigration, de l’immigration, et de la croissance de la taille des familles. Lorsqu’une famille est établie depuis 20 ans sa taille augmente d’un individu. La valeur initiale est 0.
    • Total number of cattle est le volume total du bétail dans la communauté. La valeur initiale est 1706.
    • Daily wage (USD) est le salaire quotidien en dollar américain par personne au sein de la communauté pour un travail agricole. La valeur initiale est 7.1.
    • La figure Mayor’s Money suit l’évolution temporelle du budget du maire. Une ligne verte est tracée si le scénario de compensation financière est choisi et une ligne rouge est tracée dans le cas contraire. La valeur initiale est 15 000$.
    • La figure Annual deforestation décrit l’évolution temporelle de la superficie déboisée. Une ligne verte est tracée si le scénario de compensation financière est choisi et une ligne rouge est tracée dans le cas contraire. La valeur initiale est 154.

Les agents

  • Faites un clic-gauche de votre souris sur l’agent à l’extrême gauche du territoire se situant dans un lot en jachère (orange). Choisissez l’option « turtle 0 » qui est l’identifiant de cet agent dans le modèle, puis sélectionnez l’option « inspect turtle 0 » par un clic-droit de votre souris. La fenêtre suivante apparaîtra :

    Activite6_Fig2
    Plusieurs informations sont alors fournies au sujet de cet agent. Les premières informations allant de « color » à « pen-mode » se rapportent à la position géographique de cet agent (coordonnées x et y) et à sa représentation visuelle. Il peut être dessiné comme un fermier, comme un bucheron ou encore comme un homme d’affaire*. Les informations suivantes décrivent la superficie de terres que possède cet agent et sa famille, la répartition de cette superficie selon que les terres soient en culture, en jachère, ou dédiées à l’élevage, la richesse de sa famille, la taille de la famille, et le nombre d’années de résidence de cette famille au sein de la communauté. Ce deuxième ensemble d’information évoluera au fil d’une simulation. Vous pouvez refermer cette fenêtre.

  • Vous pouvez répéter la consigne précédente en cliquant sur différents agents. Au cours d’une simulation, de nouveaux agents prendront place au sein de la communauté ou la quitteront. Certains agents pourront occupés des emplois non-agricoles. Ils seront alors dessinés comme des employés travaillant dans le secteur du service.

Simulation 1

  • Laissez les curseurs en place aux valeurs par défaut.
  • Déplacez le curseur E$Y dans la position Off
  • Démarrez une simulation du modèle en appuyant sur Go.
  • La simulation s’arrêtera après 20 ans. Appuyez sur Halt dans la fenêtre qui s’ouvrira.
  • Observez les résultats produits.
    Vous devriez obtenir les variables suivantes :
    Activite6_Fig3

    Et les figures suivantes :
    Activite6_Fig4

    Cette simulation nous donne les résultats du scénario par défaut pour lequel la communauté a choisi de ne pas participer au programme de redevance pour la déforestation. La réduction annuelle de déforestation est donc nulle. Le budget du maire est demeuré équilibré mais le bien-être moyen de la population est faible. Cette simulation nous donne un SCORE égal à 45. Dans les autres scénarios qui seront explorés, le maire devra au minimum dépasser ce SCORE.

  • Notez que ce modèle n’est pas stochastique. Un même choix de valeurs pour les curseurs (paramètres) reproduira les mêmes résultats. La complexité du modèle réside dans le large éventail de valeurs pouvant être données à ces curseurs et à la possibilité de modifier ces valeurs en cours de simulation.

Simulation 2

  • Appuyez sur le bouton setup. Ceci réinitialisera le modèle.
  • Déplacez le curseur E$Y dans la position On.
  • Déplacez le curseur PublicInvestment à 20.
  • Démarrez la simulation en appuyant sur Go.
  • Observez les résultats produits.

La simulation devrait s’arrêter au bout de 4 années due au manque de fonds dans le budget du maire. Dans ce scénario, même si la communauté participe au programme de redevance, puisqu’aucune mesure n’est prise par le maire pour inciter les agricultrices et les agriculteurs à ne pas déboiser leurs lots de forêt, la réduction de la déforestation demeure nulle. Ainsi, le maire n’a pas de fonds supplémentaires dans son budget, et ne peut donc se permettre une hausse des investissements publics.

Simulation 3

  • Appuyez à nouveau sur le bouton setup pour réinitialiser le modèle.
  • Assurez-vous que le curseur E$Y soit dans la position On.
  • Déplacez le curseur ConservationPayment à 5. Ce scénario explore la décision du maire d’instaurer une politique incitative de paiement pour la conservation des lots de forêts afin de freiner la déforestation.
  • Démarrez la simulation en appuyant sur Go.

    Question 1

    1. Décrivez les résultats de la simulation. Ajoutez à votre réponse les figures Mayor’s Money et Annual deforestation produites par la simulation (faites un clic-gauche de la souris sur la figure et sélectionnez l’option Copy Image).
    2. Qu’est-ce que ce scénario vous apprend sur l’impact d’une mesure de paiement pour la conservation des forêts sur la communauté ?

Simulation 4

  • Appuyez à nouveau sur le bouton setup pour réinitialiser le modèle.
  • Assurez-vous que le curseur E$Y soit dans la position On.
  • Déplacez le curseur ConservationPayment à 10 et le curseur DeforestationTax à 50. Ce scénario explore la décision du maire d’instaurer une politique incitative de paiement pour la conservation des lots de forêts tout en instaurant une taxe sur la déforestation.
  • Démarrez la simulation en appuyant sur Go.

    Question 2

    1. Décrivez les résultats de la simulation. Remplissez le tableau suivant avec les valeurs finales des variables. Ajoutez à votre réponse les figures Mayor’s Money et Annual deforestation produites par la simulation.

      Activite6_Fig5

    2. Expliquez pourquoi le SCORE obtenu est toujours faible.

* Ces représentations uniquement masculines vous font sourciller ? Moi aussi!

Réponses

Les réponses aux questions 1 et 2 se trouvent ici.

Références

Institute for advanced development studies – Bolivia. (2013). SimPachamama. Repéré à https://www.inesad.edu.bo/simpachamama

Wilensky, U. (1999). NetLogo. Evaston, IL:  Center for Connected Learning and Computer-Based Modeling, Northwestern Institute on Complex Systems, Northwestern University. Repéré à https://ccl.northwestern.edu/netlogo/