Modélisation de l’évolution d’une population
Le projet des Anasazi Artificiels est à la jonction de la construction de théorie et de l’expérimentation. Les auteurs [1] ont utilisé une modélisation multi-agents pour tester la cohérence entre les données archéologiques et environnementales réunies pendant de nombreuses années, et la simulation, qui utilise divers règles régissant l’interaction des agriculteurs les uns avec les autres et avec leur environnement naturel. De façon surprenante, la société modélisée reproduit au plus près les caractéristiques principales de son histoire réelle, y compris les fluctuations de la population, les modifications des habitudes d’installations sur le territoire, et même un rapide déclin.
1- Une société réelle simulée par SMA…
Les Anasazi sont les ancêtres des peuples Pueblo présents actuellement, tels que les Hopi, les Zuni, et les divers groupes le long du Rio Grande au Nouveau Mexique.
Entre les années 200 et 1450, on a obtenu les preuves d’une complexité sociale croissante. Les peuples Pueblo contemporains possèdent un système social compliqué, fait de différentes communautés (ou associations sociales distinctes). Il y a des clans, des « moitiés » (division du village en deux parties), des groupes de fête, des sociétés religieuses et des cultes (68 groupes cérémoniels différents ont été enregistrés), des sociétés guerrières, des groupes de soignants, des gouvernements d’hiver et d’été, et des gouvernements de village.
Long House Valley, terre de 180 Km², est facilement utilisable pour une étude du peuple Anasazi, pour diverses raisons. Tout d’abord, il s’agit d’une terre "bornée", entourée de montagnes, qui peut être reproduite de manière réaliste sur un ordinateur. D’autre part, les données collectées sur l’historique de l’environnement permettent une reconstruction correcte des fluctuations annuelles des productions agricoles potentielles (en kg de maïs par hectare). Ces données permettent la création d’une terre virtuelle aux ressources contrôlées dynamiquement, qui reproduit les conditions réelles dans la vallée depuis l’année 200 jusqu’à nos jours. Enfin, les rapports historiques et ethnographiques sur les groupes Pueblo contemporains permettent de créer une base de données sur leur comportement durant les dernières 2000 années, qui constituent la cible de la simulation dans le monde réel.
2- Principe général de la simulation
Le projet des Anasazi artificiels est une étude de la modélisation multi-agents basée sur le modèle Sugarscape créé par Joshua M. Epstein et Robert Axtell en 1996. La vallée est créée à partir de variables environnementales reconstituées, et elle est peuplée d’agents artificiels regroupés en familles. La démographie et les caractéristiques de mariage des agents, ainsi que leurs besoins nutritionnels, sont issus d’études ethnographiques des groupes Pueblo et d’autres agriculteurs auto-suffisants.
Les valeurs de production potentielles de maïs dans la vallée virtuelle représentent aussi exactement que possible les potentiels de production réels de diverses zones de Long House Valley durant la période étudiée. Dans cette vallée, les agents du modèle des Anasazi artificiels doivent évoluer en s’adaptant aux changements dans leur environnement physique et social.
L’évolution dans la capacité de production de maïs de chaque hectare a été reconstituée, mais l’environnement global suit une évolution particulière : forte amélioration autour de l’an 1000, puis une détérioration au milieu de l’année 1100, amélioration jusqu’à la fin de 1200, après quoi a lieu une perturbation majeure de l’environnement.
Les propriétaires doivent identifier un lieu d’exploitation et un lieu de résidence. Les agents se déplaceront lorsqu’une nouvelle résidence sera créée, ou qu’une exploitation ne produira plus assez de maïs pour subvenir aux besoins de la famille qui l’habite.
Il y a trois critères pour la sélection d’une zone d’exploitation :
1) le site ne doit pas être exploité ;
2) le site ne doit pas être habité ;
3) Le site doit avoir une production potentielle de 160 kg de maïs par membre de la famille qui l’habite.
Il existe également trois règles pour choisir le site de résidence :
1) Le site doit être situé à moins de 2 Km du site d’exploitation ;
2) le site ne doit pas être exploité ;
3) le site doit être moins productif que le site d’exploitation choisi par le propriétaire. Si plus d’un site remplissent ces conditions, le site sélectionné est celui qui a l’accès le plus proche à une source d’eau.
Divers points d’évaluation permettent de valider la bonne qualité de la simulation par rapport à l’évolution réelle de la population :
les règles simples évoquées suffisent-elles pour retrouver l’évolution du comportement de la population, ou bien des règles plus complexes sont-elles nécessaires ?
Lorsqu’une variation est possible dans les lieux d’habitation, la population virtuelle se positionne-t-elle sur les mêmes sites et avec les mêmes agrégations de villages que la population réelle ?
La population virtuelle va-t-elle, comme la population réelle, disparaître vers 1300 ?
Y a-t-il émergence des comportements réels observés quant à la taille des villages et des densités de population ?
3- Résultats de la simulation
Bien que potentiellement très intéressantes, les simulations multi-agents restent des constructions théoriques, à moins que leurs conclusions soient évaluées par rapport à des faits réels qui impliquent des entités, un environnement et des comportements similaires. Le degré de cohérence entre les résultats d’une simulation et les situations comparables du monde réel autorisent à donner une dimension explicative au modèle socioculturel codé dans la structure de la simulation. Un manque de cohérence implique que le modèle est d’une manière ou d’une autre inadéquat. Ces « échecs » peuvent cependant être aussi intéressants que des réussites, car ils mettent en relief les déficiences et indiquent de nouvelles pistes de recherche potentielles.
La comparaison entre la simulation et la réalité a été effectuée à partir de 400, avec le même nombre de familles placées au hasard que dans la situation historique. La simulation des mouvements de la population s’effectue sur une base annuelle, et selon les modifications de ressources du milieu. On place en parallèle une carte de l’évolution réelle de la situation, et une carte de l’évolution simulée, afin de pouvoir vérifier la cohérence de la simulation.
Long House Valley "réelle" : Quelques temps après 1150, sans doute en réponse aux modifications du potentiel de productivité de l’environnement, les habitants commencent à se regrouper dans des lieux particulièrement intéressants pour l’agriculture. Ce changement dans la distribution de la population marque le début de la complexification des règles socioculturelles, réponses aux problèmes posés par l’augmentation de la taille des villages et de la densité de la population. On constate alors l’apparition d’une hiérarchie selon la taille du village, vers 1250, avec quatre niveaux d’organisation : le lieu de résidence individuel, puis le village central, le site regroupant entre 5 et 20 villages, et enfin la vallée toute entière. Ce système d’habitation se devine dans la disposition et la taille des sites d’habitation.
Long House Valley "artificielle" : La simulation se montre très proche dans l’évolution démographique de la situation réelle. La plus grande similarité est le développement du regroupement de villages aux mêmes endroits que dans la réalité, et la proximité entre le site même de Long House dans la simulation et dans la réalité. Bien que la hiérarchie ne soit pas modélisée dans la simulation, les comportements de regroupement de la population simulée permettent de conclure à la présence d’une hiérarchie : en effet, les études historiques ont démontré qu’il existe une grande corrélation entre hiérarchie et regroupement d’habitations. La simulation tend cependant à regrouper les habitants dans quelques grands sites, plutôt que de reproduire la hiérarchie des sites que l’on observe dans la réalité. Cependant, au vu des règles des agents, cela semble une cohérence raisonnable, et la densité et la distribution de la population sont similaires dans le modèle et dans la réalité. Une autre différence est que l’augmentation du regroupement et de la taille des sites augmente un peu avant dans le modèle que dans la Vallée réelle. Ceci s’explique probablement par le recul avec lequel les Anasazi réels ont quitté leurs anciens lieux de résidence lors du changement de l’environnement.
Vers 1170, les densités de populations ont augmenté dans les mêmes endroits dans les vallées réelle et simulée. Dans les deux cas, une large zone inoccupée est apparue au milieu de la vallée, et la densité des sites est plus réduite le long de la bordure est de la vallée. Les larges sites de la simulation sont équivalents à des groupes de sites plus petits dans le monde réel. Des différences existent entre les vallées réelle et simulée, mais la simulation a cependant fait correctement émerger une grande concentration de sites dans la partie nord de la vallée. Toutes les découvertes indiquent que les Anasazi réels ont abandonné la vallée vers 1305, tandis que les Anasazi artificiels ont survécu en se répandant sur les sites de la vallée qui restaient productifs. Cette différence montre que les Anasazi réels auraient pu rester en quittant la partie nord de la vallée et en se développant dans des colonies de taille moyenne.
Figure 1. Simulation de la distribution de la population sur la droite, situation réelle sur la gauche, en 1170. Les zones blanches ne sont pas cultivables, les zones grises sont plus proches d’une source d’eau que les zones noires. Points = regroupement de 5 propriétaires ou moins ; Triangles : de 6 à 20 exploitations regroupées ; Carrés : 21 et plus. Les regroupements tendent à être situés aux mêmes endroits, mais les regroupements simulés sont plus regroupés. Le regroupement le plus large observé dans la simulation est situé à 100 m du regroupement équivalent dans la situation réelle : il s’agit du site même de Long House.
Figure 2. 1270. Dans les deux cas, la population a commencé à se déplacer du sud vers le nord de la vallée, à cause de l’érosion et d’une profondeur d’accès de l’eau plus importante.
Figure 3. 1305. La population réelle a abandonné la vallée, mais il y a toujours quelques zones de résidence dans la version simulée.
Figure 4. Evolution de la taille des regroupements. Les plus larges (> 80 propriétaires) se développent rapidement après 1050, fluctuent en taille pendant 200 ans, et disparaissent brusquement après 1300. De manière très contrastée, le nombre de villages plus petits (4 à 9 propriétaires) augmentent graduellement jusqu’à après 1300, où leur nombre augmente. Ceci montre comment certains Anasazi auraient pu rester dans la vallée, s’ils s’étaient dispersé afin d’occuper des lieux plus favorables dans le nord, et s’ils avaient abandonné leurs larges regroupements pour de plus petits.
4- Conclusion
Ce modèle multi-agents fonctionne comme un laboratoire, avec des hypothèses et des explications concernant les comportements des Anasazi, qui peuvent être testées et jugées d’une manière empirique mais justifiée. Les simples agents proposés ici permettent d’expliquer des aspects importants de l’histoire des Anasazi. Les distributions des lieux et les densités de population sont bien approximées par la simulation multi-agents. De nombreuses simulations ont été jouées, et les résultats rapportés sont assez robustes.
On peut imaginer de nombreuses autres hypothèses à tester grâce à la simulation multi-agents des Anasazi : modifier les attributs de fécondité ou de consommation alimentaire, introduire des catastrophes naturelles, des épidémies, modifier les contraintes de l’environnement.
Référence
[1] Gumerman, G., Swedlund, A., Dean, J., Epstein, J. (2002) The Evolution of Social Behavior in the Prehistoric American Southwest