Volume 11, numéro 3, 2012 La modélisation en sciences de l'environnement : approches et questionnements Sous la direction de Frédéric Rousseaux, Nathalie Long et Antoine Renouard

FR :

Cet article présente la mise en place d’un modèle d’évolution urbaine sur l’aire de Nantes Métropole, France. Ce modèle, basé sur le paradigme multi-agents, propose de décrire et de simuler l’évolution de structures intra-urbaines à l’échelle de l’îlot. La première partie de l’article propose une typologie décrivant les structures urbaines ou les quartiers urbains retenus dans le modèle ainsi que les règles d’évolution qui y sont attachées. Ces structures sont identifiées selon une méthodologie développée par Long (Long et al., 2005). Plusieurs indicateurs sont définis : la densité bâtie au sol, la densité de surface végétale, la hauteur moyenne des bâtiments, l'espacement entre les bâtiments, entre autres. Dans un second temps, cet article présente le modèle qui simule l’évolution de ces structures urbaines. Il est basé sur l’intégration de connaissances d’experts, dans le domaine de l’urbanisme, de l’environnement, du droit ou de la mobilité. Ces connaissances sont traduites en paramètres, puis intégrées dans le modèle. Celui-ci décrit les objets urbains (îlots, routes, aménités, etc.), ainsi que leurs habitants en tant qu’agents dont le comportement évolue en fonction d’un cycle temporel. Par son approche objet (la structure urbaine de l’îlot), ce modèle tente d’intégrer la dimension horizontale (l’étalement) et la dimension verticale (la densification) de l’évolution urbaine. Dans une optique d’analyse d’impact environnemental de la ville, cette approche paraît intéressante, car la mesure de la tache urbaine n’est pas toujours un indicateur suffisant. Par essence, la modélisation est une simplification de la réalité, dont toute la difficulté est de trouver un équilibre entre une simplification réductrice et une exhaustivité qui apportera des résultats souvent incontrôlables. La dernière partie de cet article propose une réflexion sur le choix de la modélisation urbaine : comment mieux prendre en compte, dans les outils d’appréhension de l’évolution urbaine, ces connaissances de plus en plus nombreuses ? Comment passer du modèle générateur de résultats au modèle générateur de connaissances ?

FR :

Les changements climatiques sont au coeur de nouvelles préoccupations chez les aménagistes forestiers. En vue d’une compensation des émissions anthropiques de carbone, la forêt boréale devient de plus en plus au centre des discussions. Le climat froid et la saison de croissance courte amènent la forêt boréale à capter une faible quantité de carbone en comparaison avec la forêt tropicale ou la forêt tempérée. Toutefois, la décomposition de la matière morte, processus qui émet du carbone, y est également faible. La matière organique est alors accumulée au sol. En réponse à un réchauffement du climat, des modèles indiquent que la capacité de la forêt boréale à capter du carbone pourrait augmenter. Les modèles actuels comportent néanmoins encore trop d’incertitudes pour pouvoir proposer des décisions d’aménagement adéquates pour la forêt boréale qui tiennent compte des réponses des puits de carbone face aux changements climatiques. La modélisation représente une simplification des systèmes naturels complexes, qui exclut certains processus qui peuvent interagir dans le système. Dans cet article, nous passons d’abord en revue les processus menant aux échanges de carbone entre la forêt et l’atmosphère. Ensuite, les connaissances actuelles des impacts des changements climatiques sur les réservoirs de carbone en forêt boréale pour l’est du Canada sont exposées. Enfin, nous élaborons sur les incertitudes selon trois types différents : les incertitudes dans les données, les incertitudes structurelles et les incertitudes imprévisibles. Pour chaque type d’incertitude, des recommandations sont proposées afin de les réduire.

EN :

Climate change is of major concern for forest managers. The boreal forest is becoming increasingly central to discussions on carbon cycling because of its capacity to compensate for anthropogenic carbon emission. The boreal forest captures relatively small amounts of carbon in comparison to more temperate or tropical forests, due its cold climate and the short growing season. However, emission of carbon from dead matter decomposition is also slow, which can result in high levels of organic matter accumulation. Models suggest that the capacity of the boreal forest to capture carbon could increase in response to climate change but current models have too many uncertainties to be able to inform appropriate management decisions, including responses of boreal carbon sinks to climate change. Models are simplifications of complex natural systems and uncertainties arise from the lack of knowledge of all the processes in the system, many of which could be interacting. In this article, we first synthesize processes leading to carbon exchange between the forest and the atmosphere. Secondly, we present current knowledge of climate change impacts on carbon sinks in the boreal forest in eastern Canada. Finally, we discuss three types of uncertainties: the uncertainties in the data, structural uncertainties and unpredictable uncertainties, and we propose recommendations for reducing each type of uncertainties.

FR :

Dans le cadre d’un projet de développement intervenant sur trois sites hotspot de biodiversité à Madagascar, la modélisation d’accompagnement a été mobilisée pour concevoir et mettre en place un processus de suivi-évaluation des transferts de gestion des ressources forestières de l’État vers les communautés locales. L’enjeu est, sur la durée, l’établissement de la preuve que les communautés locales peuvent valoriser les ressources forestières selon le double objectif de la conservation des ressources renouvelables et de l’amélioration de leurs conditions de vie. La démarche adoptée propose un cadre de formation mutuelle à l’ensemble des acteurs impliqués dans les transferts de gestion (communautés de base, communes, ministère de l’Environnement et des Forêts et ses services déconcentrés, opérateurs de projets de développement et scientifiques). L’application de la modélisation d’accompagnement à la conception et à l’utilisation d’un système de suivi-évaluation des transferts de gestion vise le renforcement des « compatibilités » de ces acteurs au travers d’un processus pérenne d’élaboration, d’échange, d’analyse et de stockage d’informations. Ainsi, un processus de médiation a été initié à différents niveaux d’organisation : 1) une phase d’explicitation des enjeux a conduit à la formulation participative des objectifs (principes et critères) du suivi évaluation ; 2) une phase de confrontation des points de vue a conduit à l’identification participative des indicateurs du suivi-évaluation avec les acteurs parties prenantes de l’alimentation et de l’utilisation du SE ; 3) une phase d’appropriation du système de suivi-évaluation (SSE) défini a reposé sur le test, l’alimentation et l’analyse du SSE au travers de plusieurs formations-actions. L’appropriation à divers niveaux d’organisation de ce processus de suivi-évaluation constitue aujourd’hui un élément indispensable à la pérennité de la gestion locale des ressources renouvelables à Madagascar.

EN :

A development project regarding three of Madagascar’s biodiversity hotspots, incorporates the companion modelling methodology to facilitate the design and implementation of a process to monitor and evaluate the transfer of forest resource management from State authorities to local communities. Over the duration of the project, the challenge is to establish evidence that the local communities can in fact develop these forest resources, in accordance with the dual objective of conserving the renewable resources and improving their living conditions. The adopted approach proposes a mutual training framework for all players involved in the transfer of management (community groups, municipalities, the Ministry of the Environment and Forests and their decentralised services, and coordinators of development and scientific projects). Applying the companion modelling methodology from the design stage throughout the monitoring and evaluating process aims to reinforce the “capabilities” of those involved in the transfer of management via a constant process of inputting, exchanging, analysing and storing information. Thus, a feedback loop has been initiated at different stages of organisation: 1) a phase of clarifying issues - leading to the participatory formulation of the monitoring and evaluation system’s objectives (principals and criteria); 2) a phase of comparing and analysing the relevant points of view with the stakeholders - leading to a participatory identification process to determine the monitoring and evaluation indicators; 3) a phase of determining stakeholder ownership of the monitoring and evaluation system - to be undertaken by means of several training-actions, testing the input and analysing the system. Stakeholder ownership of the monitoring and evaluation system throughout the various project stages constitutes an indispensable element towards ensuring the sustainable local management of renewable resources in Madagascar today.

FR :

Pour mieux décrire les aléas naturels et tenter d’en prévoir les conséquences, nous multiplions les recours à la modélisation. Les vertus des outils qui en découlent ne sont plus à démontrer. Autour de la question du changement climatique et vis-à-vis des risques naturels, la logique actuelle voudrait que la recherche d’un idéal de précision – augmenter indéfiniment les résolutions spatiales et temporelles des modèles, multiplier à outrance le nombre de paramètres à ingérer – soit la seule manière de gagner en efficacité. Au travers d’exemples appliqués à l’érosion marine, nous illustrons les possibles dérives de cette approche, que nous qualifions d’analytique, et présentons, dans un but applicatif, une démarche alternative. Il s’agit de construire un indice d’érosion qui, de façon pragmatique et suivant un raisonnement phénoménologique, vise à répondre à une demande sociale croissante en prédiction du dommage en milieu littoral. Son principe est simple : caractériser et prédire les conditions de survenue des tempêtes à impact, celles qui engendrent effectivement de l’érosion. Il combine trois facteurs fondamentaux : un fort vent d’afflux, une forte houle et une haute mer de vive-eau. Les tests menés sur la plage artificielle de Marennes (Charente-Maritime, France) se sont avérés concluants. Cependant, certaines limites doivent encore être repoussées, notamment la prise en compte de la non-linéarité du comportement des systèmes littoraux.

EN :

This paper deals with coastal storm-induced hazards i.e. mainly coastline retreat and erosion. Coastal managers and councillors we met during this study largely expressed the need to prevent erosion and flooding events in order to keep beaches and back barrier environments in a healthy state. The main problem they encounter is about storms: most of them do not have impacts and only few of them are followed by erosion. In other terms, they want to anticipate which storm has to be cared for and which one is not dangerous. Defending a pragmatic point of view, we propose a new method to sort erosive storm from non erosive ones. It consists of a beach behaviour model resting on the graphical combination of three essential parameters assessed at a very local level: strong onshore winds, high swells and high sea levels (spring tide). The results obtained on the beach of Marennes (Gascony, France) are very good. In order to fine tune the model for other sites, where local conditions are slightly different, new local observations should be done and could then feed an other version of the model.

FR :

Cet article relate la démarche mise en oeuvre dans le cadre d’une recherche-action traitant des interactions nature/sociétés en zone côtière (l’île d’Ouessant située dans l’ouest de la France). Il décrit en particulier comment la modélisation d’accompagnement a favorisé la mise en oeuvre d’une interdisciplinarité dans un champ large. Les outils de la modélisation d’accompagnement (modèles multi-agents, simulations informatiques, jeu de rôles) ont été utilisés avec pour objectif de sensibiliser la population locale aux dynamiques paysagères, puis ils ont été mobilisés pour l’éducation de scolaires aux problématiques littorales et au développement durable. Ces transferts ont impliqué de la part des scientifiques, non seulement un important travail d’adaptation de leurs outils en fonction du public visé et de l’objectif recherché, mené en collaboration avec des gestionnaires du territoire et des éducateurs, mais aussi une analyse réflexive de l’engagement des participants dans ces dispositifs. Si cette expérimentation a développé chez la plupart des scientifiques impliqués une ouverture à l’interdisciplinarité et à la coopération sur le thème de la gestion environnementale, elle révèle aussi les difficultés d’assimilation de la démarche par les différents partenaires. L’appropriation de la posture de modélisation d’accompagnement est centrale pour constituer un collectif, et pour se saisir des outils développés.

EN :

The study describes the implemented approach within the framework of a research-action dealing with interactions between socio-economical and ecological dynamics in a coastal area (Ouessant island, in the west of France). It describes how the companion modelling approach has encouraged the interdisciplinarity. The tools of the companion modelling (multi-agent model, simulations computing, role-playing game) were used to raise awareness with local people in landscape dynamics. Then they were mobilized for students to coastal issues and sustainable development. The scientific knowledge was disseminated by adapting the main research output, to local population and to young people. This was done in association with land managers and educators, and a reflective analysis the commitment of participants in these devices was undertaken. Through this experiment, most participants developed new skills related to interdisciplinarity, cooperation and communication, about the environmental management. This sudy also reveals the difficulties of appropriation of the approach by the partners. The appropriation of the stance of companion modelling seems then central at the same time to constitute a collective, but also to take up developed tools.

FR :

Cet article présente la méthode et les résultats du travail de modélisation de télédétection réalisé dans le cadre du programme EVA visant à estimer la valeur économique et sociale des écosystèmes marins des Aires Marines Protégées (AMP) de l’Afrique de l’Ouest. La télédétection est réalisée par un procédé original et complexe basé sur une méthode combinée de classifications non supervisées et d’analyses en composantes principales. Elle permet une reconnaissance des différents écosystèmes marins et côtiers ainsi qu’une évaluation de leur état de santé, deux informations indispensables pour mener à bien le travail d’évaluation économique des écosystèmes. D’un point de vue pratique, la modélisation exposée dans cet article est particulièrement recommandée lorsque les données spatiales sur les écosystèmes marins et côtiers font défaut ou que l’accès au site est très difficile ou très coûteux. En outre, ce travail de modélisation permet de mener à bien une identification rapide des zones d’action prioritaires pour la mise en place de mesure de conservation des écosystèmes de l’AMP.

EN :

This article exposes methods and results of a remote sensing exercise based on combined classifications and spatial analysis. This work was carried out as part of the EVA programme which looked at estimating the economic and social value of marine ecosystems within West African Marine Protected Areas (MPA). The remote sensing methods utilised in this study are innovative in that they stem from non supervised combined classifications and principal component analysis. These techniques offer a reliable method for the calculation of ecosystem surfaces, as well as estimation of their health status, both elements that are compulsory to the economic valuation exercises. From an application perspective, this modelling process is particularly relevant to regions of data-poor marine ecosystem mapping where biodiversity conservation is developed or large-scale areas where access is made difficult and costly in time and financial resources. Further, these results are likely to influence the identification of priority areas for conservation measures as part of the MPA management plan.

FR :

À l’échelle de la planète, 70 % des littoraux sont en position de recul. À l’inverse, sur certains littoraux de la façade ouest de Madagascar, à l’embouchure des fleuves, les processus d’accrétion l’emportent sur les processus de recul. Ainsi, depuis les années 80, le complexe récifal de Tuléar est considéré comme dégradé. Cette dégradation serait principalement induite par l’asphyxie de la structure récifale par les matériaux d’origine terrigène apportés par le fleuve du Fiherenana, qui draine un bassin de 7 700 km². Afin de mettre en lumière les processus d’érosion en cours sur le bassin versant du Fiherenana, une étude basée sur la modélisation de l’érosion hydrique des sols est proposée dans le cadre de cet article. Le modèle USLE (Universal Soil Loss Equation) a été choisi afin de quantifier et de spatialiser les processus d’érosion hydrique à l’échelle du bassin versant. Ces modèles d’ores et déjà mis en oeuvre dans différents milieux et à différentes échelles prennent en compte cinq paramètres déterminants dans les processus d’érosion, dont : l’agressivité des précipitations, l’érodibilité des sols, l’inclinaison et la longueur de la pente ainsi que le couvert végétal et les moyens mis en place pour lutter contre l’érosion des sols. Cette étude s’inscrit dans une démarche de Gestion Intégrée de la Zone Côtière. Elle constitue une première approche dans l’identification des processus d’altération des bassins versants de l’Ouest malgache et aide à la compréhension des dynamiques actuelles des bassins versants littoraux.

EN :

Worldwide, 70 % of coastal areas are undergoing shore line recession. Madagascar’s western coast is in sharp contrast, since accretion there is more pronounced than coastal recession process. One of the causes of coastal accretion is continental sediments, raising the problem of erosion on watersheds. Since the 1980’s, the Reef Complex of Toliara has been considered to be markedly degraded, due to the coral smothering of its structure by terrigenous materials originating from the Fiherenana river. In considering the problem of erosion process on the Fiherenana drainage basin, an approach based on computer modeling is proposed in this article, using the USLE model (Universal Soil Loss Equation), a model derived from the Universal Soil Loss Equation – USLE. This model is one of the most commonly applied for assessing sheet and rill erosion. USLE is widely used on various areas and at different scales. It takes into account four determining factors, such as soil erodibility, rainfall, slope length and steepness, land cover and conservation practice factor. This study is in line with the practice of Integrated Coastal Zone Management and aims at providing knowledge on erosion potential on the Fiherenana catchment, with a view to assessing its contribution to the dynamics of coastal sedimentation.