Une analyse multi-modèles des services écosystémiques de la région urbaine de Grenoble

A multi-model assessment of ecosystem services in the Grenoble urban area

• Auteur / Autrice : Coline Byczek
• Direction : Sandra Lavorel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biodiversité-Ecologie-Environnement
• Date : Soutenance le 03/07/2017
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'écologie alpine (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Wilfried Thuiller
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sandra Lavorel, Louise Willemen, Pierre-Yves Longaretti
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Joachim Maes, Danièle Magda

Mots clés

Mots clés contrôlés

Environnement -- Recherche

Biodiversité urbaine

Écologie

Mots clés libres

Services écosystémiques

Modélisation

Grenoble

Agriculture

Recreation

Ecosystem services

Modelling

Grenoble

Agriculture

Recreation

Résumé

Les services écosystémiques (SE) ont reçu une attention croissante de la part de la communauté scientifique et des preneurs de décisions. Des approches multi-services ont été développées qui permettent de dresser un diagnostic environnemental, social et économique de territoires à plusieurs échelles. Révélant les variations spatiales individuelles de SE, les relations entre eux et l’existence de profils multi-services caractéristiques (‘bouquets’), ces études favorisent la communication entre acteurs et la gestion concertée. Pour permettre leur utilisation par le plus grand nombre, des plateformes multi-modèles permettent de fournir des estimations avec un minimum de données et d’efforts de modélisation. Des modèles plus performants existent par ailleurs mais leur coût de mise en œuvre plus élevé limite leur utilisation. Afin de répondre à une plus large palette de moyens et d’objectifs, des approches ‘par tiers’ sont donc maintenant développées.Nous présentons ici une suite de modèles génériques de SE, établis à partir de bases de données publiques et de ressources en ligne, et appliqués au cas du bassin de vie grenoblois. Ils permettent de caractériser un large éventail de services dans un territoire aux paysages et aux enjeux contrastés, tout en apportant des informations pertinentes quant aux différents aspects de planification.Nous présentons tout d’abord une suite de modèles génériques issus de la littérature et réappliqués à notre échelle. Ces modèles spatialement explicites et établis à partir de processus automatisés permettent une estimation rapide des stocks de carbone, de la prévention de l’érosion des sols, de la richesse spécifique des Vertébrés et du contrôle biologique.En réponse aux enjeux multiples de gestion des régions de montagne, nous avons développé un modèle de SE récréatif basé sur l’utilisation de traces GPS partagées sur les forums de sport. En intégrant ces données au modèle de Spectre d’Opportunité Récréative, nous avons obtenu une représentation spatiale fine de la fréquentation et de la multifonctionnalité récréative des écosystèmes.Dans une troisième partie, nous présentons une suite de modèles de SE fournis spécifiquement par les agrosystèmes. Nous avons tout d’abord établi un modèle spatialement explicite des paysages agricoles du territoire, à partir de données de télédétection et de statistiques agricoles. En couplant cette carte avec d’autres sources de données publiques et modèles biophysiques, nous avons pu évaluer les SE de production agricole, de maintien de la fertilité du sol, et de régulation de la qualité des eaux.A la lumière de ces résultats, nous examinons les implications d’utiliser au sein d’une approche multi-services une diversité de modèles issus de philosophies et de méthodologies différentes, fournissant des résultats aux niveaux d’incertitudes variables. Le regroupement d’informations contrastées dans une analyse commune interroge sur la complémentarité de ces modèles et le transfert des incertitudes à l’analyse générale. Au-delà des aspects strictement techniques, le but ultime de ces études étant d’informer les teneurs d’enjeux, un travail de communication doit donc être réalisé afin d’assurer un transfert cohérent des informations et des conclusions aux utilisateurs.Le travail présenté ici porte trois principales perspectives de développement. La mise en place d’un module informatique autonome du modèle de SE récréatif permettra sa diffusion directe à un large public. Deuxièmement, la suite de modèles servira de support pour une analyse des relations entre SE reflétant les enjeux du territoire : production agricole/efficience environnementale/biodiversité pour les agrosystèmes, hotspots récréatifs et de biodiversité dans les milieux ruraux et montagnards. L’analyse de projections selon des scénarios de développement du territoire permettra par la suite de tester la capacité de ces modèles à retourner des résultats pertinents en termes de planification.

Ecosystem services (ES) have gained increased attention from both researchers and decision-makers in recent years. Multi-service approaches have been developed and applied at various spatial scales, allowing an environmental, social and economic diagnosis of territories. Disclosing spatial patterns of ecosystem services, untangling spatial and/or causal relationships between services, and revealing the existence of characteristic ‘service profiles’ (ES bundles), such studies have helped designing land planning options and fostering communication among stakeholders. To support such efforts, comprehensive modelling platforms have been created which can provide raw estimates of multiple ES with minimum data availability and modelling efforts. On the other hand, many accurate but highly specific and hardly reproducible methods remain inapplicable to most cases. Researchers are now challenged by a double objective: to develop generic and reproducible methods which can still provide relevant information in the context of the study area. In this direction, tier-based modelling approaches have been designed in order to offer answers adaptable to a variety of situations.Here we present a suite of generic ES models for the Grenoble living basin, a major urban area located at the foot of three mountain ranges and surrounded by large agricultural lowlands. By making relevant use of a variety of large-scale databases and online resources, these models characterize a large panel of biophysical aspects in a contrasted territory and yet provide relevant information for land planning concerns.We first present a suite of generic and spatially-explicit models built from national datasets or downscaled from larger studies using fully-automated processes, which provided estimates for carbon storage, prevention of soil erosion, Vertebrate species richness and biological control.Addressing the concerns associated with management of mountain areas for multiple objectives, we developed a model of recreation ES based on the use of GPS tracks downloaded from crowd-sourced websites. Integrated within a Recreation Opportunity Spectrum framework, this process allows a spatially-accurate assessment of both visitor presence and recreational multifunctionality.We then introduce a suite of SE provided by agrosystems. Building on the results of an analysis of teledetection images and agricultural statistics, we constructed a high-resolution map reflecting spatial patterns of crop systems, serving as a common base for modelling agricultural ES: production, maintenance of soil fertility, and regulation of water quality – assessed using additional public data sources and biophysical models.In the light of these results, we examine the implications of using models originating from several fields of research, each with its own philosophy, methodology, accuracy and data requirements, in multi-service approaches. The pooling of such information in a single analysis raises several questions, such as the complementarity of these models and the transfer of uncertainties from each single model to the whole study system. Beyond these technical aspects, the ultimate goal being to inform stakeholders, a communication work must therefore be carried out to efficiently convey the right messages from the expert to the user.This work presents three main development perspectives. The release of an autonomous module of the recreation model will favor its distribution to a larger public. Second, the suite of models will provide a relevant basis for analyzing spatial relationships between SE in accordance with local stakes: combined analyses of agricultural production, environmental efficiency and animal biodiversity in agrosystems, hotspot analyses of recreation SE and biodiversity in rural and mountain areas. Third, projection analyses according to scenarios of land use change will allow testing the capacity of these models to return relevant information for land planning.