Arnejo, Zenith (2025) Communicating Agent-Based Models to Stakeholders : A Semi-Automated Framework and Case Study in Forest-based SES. École doctorale Mathématiques, Informatique et Télécommunications (Toulouse).

Preview

Text Download (27MB) | Preview

Abstract

Communiquer des modèles de simulation aux différentes parties prenantes demeure un enjeu actuel dans la modélisation à base d’agents (ABM), notamment lorsque les modèles sont destinés à éclairer la négociation et la prise de décision. Les approches participatives telles que la co-conception, la visualisation et la documentation structurée permettent d’améliorer l’implication et la connaissance des différents stakeholders. Cependant, les ABM sont encore souvent perçus comme des « boîtes noires » accessibles principalement aux développeurs. Les pratiques existantes de support à la communication se concentrent principalement sur la phase de développement du modèle, délaissant toute communication post développement (moment où les résultats doivent être interprétés et appliqués).Combler cette lacune nécessite de développer des outils capables de traduire les comportements complexes des modèles dans une forme accessible et signification pour les non-spécialistes, garantissant ainsi que les ABM puissent avoir de l’impact au-delà des milieux académiques et ainsi être mis en pratique.Cette thèse traite une problématique à la fois urgente et peu explorée : Comment les modèles à base d’agents peuvent-ils être communiqués plus efficacement aux parties prenantes pendant et après leur développement ? Elle montre que le succès des ABM, dans des contextes appliqués, dépend non seulement de la conception du modèle et de ses résultats, mais aussi de son accessibilité, c’est-à-dire de la possibilité pour les utilisateurs visés de comprendre, de faire confiance et de réutiliser le modèle. Pour relever ce défi, cette thèse met l’accent sur la communication postdéveloppement et propose à la fois des éclairages conceptuels et des outils pratiques.La première contribution de cette thèse est une revue de cadrage systématique de 65 publications académiques, qui catégorise les outils de communication et les pratiques participatives dans les projets de modélisation à base d’agents. La revue identifie trois lacunes critiques : (1) la communication se concentre sur la phase de développement, et peu sur les phases suivantes ; (2) les comportements émergents, pourtant centraux dans le pouvoir explicatif des ABM, sont rarement communiqués de manière efficace; et (3) peu d’études évaluent systématiquement si les méthodes de communication améliorent la compréhension des parties prenantes. La deuxième contribution est le développement d’ABM-VISTA (Agent-Based Model – Visualization & Interpretation of Simulation Traces for Accessibility), un cadre semi-automatisé qui transforme les traces brutes (logs) de simulations en visualisations interprétables et en récits en langage naturel. La troisième contribution est la conception et l’implémentation de LUNTIAN, un ABM simulant les dynamiques de gouvernance d’une forêt gérée suivant le modèle de plantation industrielle aux Philippines. Développé en collaboration avec des acteurs locaux, LUNTIAN intègre des agents sociaux (p. ex., ouvriers, investisseurs, gestionnaires) et des agents biophysiques (p. ex., arbres, parcelles) Interagissant sous divers scénarios de gestion et de comportements des acteurs. Il fournit un contexte concret pour démontrer l’application et l’utilité d’ABM-VISTA. Enfin, une étude de cas appliquant ABMVISTA à LUNTIAN illustre comment la génération automatique de récits et la cartographie des processus peuvent soutenir la communication post-développement.Les résultats montrent que l’outil offre une compréhension plus claire de la structure du modèle, de ses dynamiques internes et de ses résultats émergents. Des tests péliminaires d’utilisabilité et des évaluations comparatives confirment qu’ABMVISTA renforce la transparence du modèle et contribue à améliorer la compréhension des parties prenantes.

Communicating simulation models to stakeholders remains a persistent challenge in agent-based modeling (ABM), particularly when models are intended to inform negotiation and decision-making. Participatory approaches such as co-design, visualization, and structured documentation have improved involvement, yet ABMs are still often perceived as “black boxes”, accessible mainly to developers. Existing practices focus heavily on the development phase, leaving post-development communication – where results must be interpreted and applied– weakly supported. Addressing this gap requires tools that translate complexmodel behaviors into accessible, meaningful forms for non-specialists, ensuring thatABMs can extend their impact beyond academic contexts and into practice. This dissertation addresses the urgent yet underexplored question: How canagent-based models be more effectively communicated to stakeholders during andafter development? It argues that ABM success in applied settings depends notonly on model design and results, but also on accessibility – whether models can beunderstood, trusted, and reused by those they aim to serve. To meet this challenge,the work emphasizes post-development communication and offers both conceptualinsights and practical tools.The first contribution is a systematic scoping review of 65 academic publications,which categorizes communication tools and participation practices in ABM projects.The review identifies three critical gaps: (1) communication is concentrated duringdevelopment, with little post-development support; (2) emergent behaviors – centralto the explanatory power of ABMs – are rarely conveyed effectively; and (3)few studies systematically evaluate whether communication methods improve stakeholder understanding. The second contribution is the development of ABM-VISTA(Agent-Based Model – Visualization & Interpretation of Simulation Traces for Accessibility), a semi-automated framework that transforms raw simulation logs intointerpretable visualizations and natural language narratives. The third is the designand implementation of LUNTIAN, an ABM simulating the governance dynamics ofan industrial tree plantation in the Philippines. Developed in collaboration with localactors, LUNTIAN incorporates social agents (e.g., laborers, investors, universitymanagers) and biophysical agents (e.g., trees, plots) interacting under varying regulatoryand behavioral scenarios. It provides a concrete context for demonstratingthe application and utility of ABM-VISTA. Finally, a case study applying ABMVISTAto LUNTIAN illustrates how automated narrative generation and processmapping can support post-development communication. The results show that thetools provides clearer understanding of model structure, internal dynamics, andemergent outcomes. Preliminary usability tests and comparative assessments confirmthat ABM-VISTA enhances model transparency and contributes to improvedstakeholder comprehension.