COLON Celian

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Un large éventail de changements climatiques et écologiques se produisent autour de nous. Ces changements se manifestent notamment par une variabilité environnementale accrue, telle que des modifications de la fréquence, de l'intensité et de la répartition spatiale des événements extrêmes liés au climat. Si les sociétés humaines ne peuvent atténuer ces transformations, à quelles conditions doivent-elles s'adapter ? Pour de nombreux chercheurs et parties prenantes, la réponse est la résilience. Ce concept semble englober une variété de solutions pour faire face à un monde turbulent et incertain. Les systèmes résilients rebondissent après des événements inattendus, apprennent de nouvelles conditions et s'y adaptent. Cependant, les modèles théoriques permettant d'explorer les liens entre les mécanismes socio-économiques et la résilience en sont encore à leurs balbutiements. Pour faire progresser ces modèles, la présente thèse propose un nouveau cadre conceptuel. Ce cadre s'appuie sur un examen interdisciplinaire et critique des études écologiques et économiques, et il est basé sur la théorie des systèmes dynamiques et sur le paradigme des systèmes adaptatifs complexes. Nous identifions les modèles basés sur les agents comme essentiels pour la modélisation socio-économique. Pour évaluer leur applicabilité à l'étude de la résilience, nous testons d'abord si ces modèles peuvent reproduire les schémas de bifurcation des interactions prédateur-proie, qui sont un facteur très important dans les systèmes écologiques et économiques. La thèse aborde ensuite l'un des principaux défis pour la conception d'un système économique résilient : la grande interconnexion des processus de production, par laquelle les perturbations peuvent se propager et s'amplifier. Nous étudions ensuite le rôle des délais dans la production et l'approvisionnement sur des réseaux économiques réalistes, et nous montrons que l'interaction entre les délais et la topologie peut grandement affecter la résilience d'un réseau. Enfin, nous étudions un modèle qui englobe les réponses adaptatives des agents aux chocs et décrit comment les perturbations se propagent même si toutes les entreprises font de leur mieux pour atténuer les risques. En particulier, l'amplification systémique est plus prononcée lorsque les chaînes d'approvisionnement sont fragmentées. Ces résultats théoriques sont de nature assez générale et peuvent donc aider à la conception de nouvelles études empiriques. Grâce à l'application de plusieurs idées et méthodes récentes, cette thèse fait progresser les connaissances sur des objets mathématiques innovants, tels que les équations booléennes à retard sur les réseaux complexes et la dynamique évolutive sur les graphes. Enfin, les modèles conceptuels présentés ici ouvrent de larges perspectives pour de futures recherches théoriques sur la résilience économique, notamment l'étude des rétroactions environnementales et de leurs impacts sur l'évolution structurelle des réseaux de production.

De grandes transformations écologiques et climatiques sont aujourd'hui à l’œuvre. Elles sont sources d’instabilité environnementale, à l’image d’évènements climatiques extrêmes devenus plus fréquents, plus intenses, et touchant de nouvelles régions du globe. A défaut de pouvoir empêcher ces changements, comment les sociétés humaines pourraient-elles s'y adapter ? Pour beaucoup de chercheurs et de décideurs, c’est par la résilience qu’elles y parviendront. Ce concept semble renfermer des solutions nouvelles, adaptées à un monde turbulent et incertain. Par définition, les systèmes résilients sont capables de rebondir face à des chocs inattendus, d’apprendre rapidement et de s'adapter à des conditions inédites. Malgré l’intérêt suscité par cette notion, les processus qui permettent à une société d’être résiliente restent encore mal connus. Cette thèse développe un cadre conceptuel nouveau permettant, via la modélisation mathématique, d'explorer les liens théoriques entre mécanismes économiques et résilience. Ce cadre repose sur une analyse critique de la résilience en écologie — domaine d’origine du concept — et en économie — notre champ d’application. Nous l’appliquons aux systèmes de production économique, modélisés comme des réseaux de firmes et analysés à travers la théorie des systèmes dynamiques. Cette thèse évalue l’aptitude de tels modèles, dits multi-agents, à générer des profils de bifurcations, étape incontournable de l’analyse mathématique de la résilience. Nous étudions pour cela une dynamique proie–prédateur très générale en écologie et en économie. Ensuite, cette thèse s'attaque à un facteur majeur qui entrave la résilience : les fortes interdépendances entre activités économiques, par lesquelles les retards et interruptions de production se propagent d’une entreprise à l’autre. En utilisant des réseaux de production réalistes, nous montrons comment les délais d'approvisionnement, lorsque intégrés dans des topologies particulières, démultiplient ces phénomènes de propagation. Ensuite, grâce à un modèle évolutionnaire, nous mettons en lumière l’existence d’un risque systémique : les cascades d’incidents ont lieu alors même que tous les agents possèdent des inventaires adaptés au niveau de risque. Ce phénomène s’amplifie lorsque les chaînes d'approvisionnement se spécialisent et se fragmentent. Ces résultats théoriques ont une valeur générale, et pourront servir à orienter de futures recherches empiriques. Cette thèse fait en outre avancer les connaissances sur des méthodes et objets mathématiques très récents, comme les équations booléennes à retard formant un réseau complexe, et les dynamiques évolutionnaires sur les graphes. Les modèles et le cadre conceptuel proposés ouvrent de nouvelles perspectives de recherche sur la résilience, en particulier sur l’impact des rétroactions environnementales sur l'évolution structurelle des réseaux de production.