Modélisation participative et optimisation agro-écologique des paysages

Participatory modelling and landscape agro-ecology optimization

• Auteur / Autrice : Perrine Augrit
• Direction : Dominique Trevisan, Jérôme Poulenard
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biodiversité, écologie, environnement
• Date : Inscription en doctorat le 01/03/2016
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences et ingénierie des systèmes, de l'environnement et des organisations (Chambéry ; 2007-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Alpin de Recherche sur les réseaux Trophiques des Ecosystèmes Limniques

Mots clés

Mots clés libres

Modélisation

Pollution diffuse

Agronomie du paysage

Modelling

Non point source pollution

Landscape agronomy

Résumé

RESUME Dans le cadre d’un projet de recherche–action « Pour et Sur le Développement Régional » relatif à la transition agro-écologique des exploitations agricoles et la protection des ressources naturelles, l’INRA-UMR Carrtel Thonon les bains (D. Trévisan et J.M. Dorioz), l’ISARA Lyon (B. Sarrazin) et le CNRS – UMR Idées (P. Taillandier) proposent un sujet de thèse portant sur la modélisation du transfert des flux diffus dans des paysages agricoles types de la région Rhône Alpes, en relation avec des problématiques de qualité des eaux et des milieux aquatiques. La modélisation concerne le transfert dans le paysage (des zones sources aux zones puits ou exutoires) de divers contaminants et/ou nutriments types (particules, N, P, bactéries fécales). Elle s’appuiera sur des connaissances de terrain acquises dans le cadre d’un dialogue chercheurs et acteurs, connaissances relatives aux propriétés physiques du milieu (géomorphologie et pédologie), à l’organisation des activités agricoles (assolements, pratiques) et aux infrastructures paysagères (interfaces, zones marécageuses,…). L’ensemble du travail est mené dans un contexte pluridisciplinaire, dans une perspective de développement d’outils d’aide à la transition agro-écologique des paysages. CONTEXTE Ce projet se rapporte à la problématique du transfert diffus des flux d’origine agricole dans les bassins versants et leur contrôle par des pratiques agro-écologiques optimisant le potentiel tampon du paysage, favorisant notamment le couplage des cycles des éléments, la mise en connexion de réseaux trophiques complexes et le maintien des habitats et de la biodiversité végétale. Nous envisageons de modéliser, selon une démarche associant collaboration de savoirs et outils numériques, la relation entre structure-fonctionnement du paysage et la propagation des flux diffus dans le paysage –notamment dans les infrastructures paysagères, trames non cultivées, interfaces, fossés, réseau hydrographique …-. Un tel objectif suppose d’innover en simplifiant l’analyse du paysage par l’évaluation d’une fonction de production de matières véhiculées par l’eau et d’une fonction de transfert relative à leur parcours et leur temps de séjour dans le paysage. Les matières considérées sont de nature minérale, comprennent les sédiments et nutriments (N, P, C) ou relatives à des micro-organismes, les contaminants fécaux. Il s’agit d’agents perturbateurs potentiels des écosystèmes, se répartissant entre charge dissoute et charge particulaire, représentants différents cas types en termes de persistance et de mobilité dans l’environnement. Leurs comportements sont très influencés par les zones humides, leurs impacts se mesurant par des perturbations biologiques (eutrophisation) et des normes d’usages (seuils). Il s’agit au total d’un ensemble de composants assez représentatifs de la diversité des dynamiques de transfert des flux diffus. Les paysages considérés, sont des têtes de bassin versant, situés sur des méso-échelle, complexes car multi-écosystèmes, multi-fonctions et multi-usages, formant territoire. Ces échelles sont au cœur des enjeux scientifiques de l’écologie du paysage et des enjeux opérationnels de l’agro-écologie et des fonctions écosystémiques utiles à l’agriculture, à la protection de l’eau et des sols, et au maintien des habitats et de la biodiversité végétale. Face à la complexité des paysages, la modélisation est un outil précieux de synthèse, de pédagogie et de collaboration. Elle est structurante dans notre projet et permet d’organiser une démarche itérative incluant les références scientifiques, les mesures de terrain, les expertises techniques et les savoirs des acteurs, d’où l’importance d’une approche participative.

Under the framework of an Action Research project "for and on the regional development" concerning the agro-ecological transition of agricultural systems and natural resources protection, the Carrtel mixed research unit of the national institute for agricultural research(INRA) of Thonon les Bains (D. Trévisan and J.M. Dorioz), the Rhône-Alps higher institute of agriculture and food production (ISARA) of Lyon (B. Sarrazin) and the Idee mixed research unit of the national center for scientific research (CNRS, P. Taillandier) together propose a PhD project on the modelization of non-point source pollution transfer through agricultural landscapes that are typical of the Rhône-Alps region, in relationship with water and aquatic environment quality issues. The modeling process concerns contaminants and nutrients (particles, N, P, fecal bacteria) transfers through landscape (from sources to wells and outlets). It will be based on field knowledge learned through a dialogue between researchers and local stakeholders. These knowledge are about physical properties of the environment (geomorphology and pedology), organization of agricultural activities (rotations, practice) and to landscape infrastructures (interfaces, swampy areas, ...). This work will be done through a multidisciplinary approach, with the underlying perspective of developing tools that can support landscapes agro-ecological transition. CONTEXT This project is about the diffuse agricultural pollution transfer within watersheds and their control through agro-ecological practices optimizing the landscape buffer potential, which especially supports the coupling of elements cycles as well as the connexion of complex trophic networks and the preservation of habitats and plant biodiversity. We view modeling through a participatory process linking diverse know and numeric tools, the landscape structure-function relationship and the diffuse streams diffusion within the landscape (particularly through the landscape infrastructures, uncultivated networks, interfaces, pits, water system,...). Such a goal requires an innovation effort in simplifying landscape analysis by evaluating a production function of waterborne materials and a transfer function depending on their course and residence time in the landscape. We consider materials that are either inorganic (sediments and nutrients -N,P,C-) or relative to microorganisms (fecal contaminants). They all are potential disruptive agents of ecosystems and are made up of dissolved charge and particulate charge, representing diverse typical cases of persistence and mobility in the environment. Their behaviors are under the strong influence of wetlands, their impacts can be measured in terms of biological perturbation (eutrophication) and standards of use (thresholds). They globally consist in a components set which is quite representative of the dynamic transfers diversity of diffuse streams. Landscapes of interest are watersheds heads, considered on meso-scales and thus complex because they are multi-ecosystems, multi-functions and multi-usages, together making up a territory. These scales are central in the scientific issues of landscape ecology but also in the operational issues of agro-ecology and of functional ecology (especially interested in the preservation of ecosystem services that are useful for agriculture, water and soils protection, and for maintaining habitats and plant biodiversity). Considering landscapes complexity, modelization is a precious tool for synthetic, pedagogic and collaborative purposes. It structures our project and allows to develop an iterative approach including scientific references, field surveys, technical expertises and stakeholders knowledge, thus highlighting the significance of a participatory approach.