Modélisations de contributions de la nature aux populations pour l’adaptation des socio-écosystèmes aux changements globaux dans la vallée de la Maurienne (Alpes françaises)

Modeling the nature's contribution to people for the adaptation of socio-ecosystems to global changes in the Maurienne Valley (French Alps)

• Auteur / Autrice : Nicolas Elleaume
• Direction : Sandra Lavorel, Bruno Locatelli, Johan Oszwald
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biodiversité écologie environnement
• Date : Soutenance le 30/08/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• 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 : Nicolas Buclet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thomas Houet, Christina Herrero-Jauregui
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Alexia Stokes, Uta Schirpke

Mots clés

Mots clés contrôlés

Maurienne (Savoie)

Changements climatiques -- Adaptation

Mots clés libres

Adaptation

Changement climatique

Usage des sols

Contributions de la nature aux populations

Modélisation

Socio-Écosystèmes de montagne

Land use

Adaptation

Climate change

Modeling

Nature's contribution to people

Mountain socio-Ecosystems

Résumé

Depuis le début du vingtième siècle, la température moyenne des Alpes a augmenté de 2°C contre 1°C en moyenne en France. De ce fait, il apparait essentiel de penser l'adaptation des sociétés humaines face à ces changements pour le futur de cette région. Les communautés humaines entretiennent des liens complexes avec les écosystèmes desquels elles dépendent. Ces interactions complexes sont pensées à travers le concept de socio-écosystèmes (SES) qui propose d’analyser conjointement les dynamiques qui relient sociétés humaines et écosystèmes. En réponse au changement climatique, ces SES devront s’adapter ou se transformer afin de maintenir leurs fonctions actuelles et la qualité de vie des habitants.Ce travail de thèse investigue les changements auxquels ont été ou seront soumis les SES dans la vallée de la Maurienne, située en Savoie dans les Alpes françaises. Pour comprendre comment les SES s’adaptent ou se transforment, j’ai mobilisé plusieurs approches de modélisation spatiale et temporelle de contributions de la nature aux populations (NCP). Les deux NCP modélisées sont la protection des sols contre l’érosion ainsi que la production de biomasse des prairies. Ces deux modélisations mobilisent des données d’occupation des sols et des paramètres climatiques pour projeter les impacts de leurs changements passés ou futurs sur les NCP à l’échelle des territoires. Elles permettent ainsi d’investiguer la question des adaptations dans les SES en les caractérisant (notamment dans le passé) ou en comparant leurs effets potentiels dans le futur afin de les prioriser selon leurs bénéfices. Dans ce travail, l’analyse des effets des changements globaux sur les NCP et les SES se construit avec une approche interdisciplinaire et explore les incertitudes qui pèsent sur les modélisations prospectives de NCP.Le premier chapitre repose sur la mise en place d’une démarche de recherche interdisciplinaire combinant histoire, écologie et palynologie a permis d’identifier trois grandes périodes de stabilité pour le SES. Les adaptations du SES se sont traduites par des modifications des interactions entre les sous-systèmes qui le composent. Ce travail met en évidence la complémentarité des approches disciplinaires et l’intérêt de l’interdisciplinarité pour comprendre les changements dans les SES.Le second chapitre propose une modélisation du devenir du service de protection des sols contre l’érosion. Compte tenu des multiples incertitudes qui pèsent sur une modélisation prospective, ce chapitre intègre au modèle plusieurs sources d’incertitude et compare leurs contributions à la variabilité des valeurs d’érosion prédites ainsi qu’à la direction de changement des pertes de sols entre 2020 et 2085. Les trois sources d’incertitude étudiées sont la future trajectoire de développement de la société mondiale et d’émissions de gaz à effet de serre associées, sept modèles climatiques prédisant les précipitations futures pour le site d’étude et enfin les différentes manières de paramétrer le modèle d’érosion.Le dernier chapitre consiste en une modélisation de la production de biomasse des prairies grâce à un réseau bayésien sous plusieurs scénarios possibles pour la vallée en termes d’occupations des sols et de trajectoires climatiques. Différentes solutions d’adaptation de la gestion des prairies (fertilisation, irrigation ou pâturage sous couvert) sont testées pour comprendre quels sont leurs effets attendus sur la production de fourrage. Le pâturage sous couvert n’a qu’un effet limité sur la production totale. En revanche, les différents scénarios de fertilisation et d’irrigation montrent des effets bien plus importants permettant dans certaines trajectoires de palier les conséquences négatives du changement climatique voire d’augmenter la production totale, mais s’accompagneraient d’un coût environnemental plus élevé.

Since the beginning of the twentieth century, the average temperature in the Alps has risen by 2°C compared to an average of 1°C in France. Therefore, it is essential to consider the adaptation of human societies to these changes for the future of this region. Human communities maintain complex links with the ecosystems on which they depend. These complex interactions are thought through the concept of socio-ecosystems (SES) which proposes to analyze jointly the dynamics that link human societies and ecosystems. In response to climate change, these SES will have to adapt or transform themselves in order to maintain their current functions and the quality of life of their inhabitants.This thesis investigates the changes to which the SESs have been or will be subjected in the Maurienne valley, located in Savoie in the French Alps. To understand how SES adapt or transform, I mobilized several spatial and temporal modeling approaches of Nature's Contributions to People (NCP). The two NCP modeled are soil protection against erosion and biomass production of grasslands. These two models mobilize land use data and climate parameters to project the impacts of their past or future changes on NCP at the scale of territories. They thus make it possible to investigate the question of adaptations in the SES by characterizing them (particularly in the past) or by comparing their potential effects in the future in order to prioritize them according to their benefits. In this work, the analysis of the effects of global changes on NCP and SESs is built with an interdisciplinary approach and explores the uncertainties that weigh on prospective NCP modelling.The first chapter is based on the implementation of an interdisciplinary research approach combining history, ecology and palynology has allowed to identify three major periods of stability for the SES. The adaptations of the SES have resulted in changes in the interactions between the subsystems that make it up. This work highlights the complementarity of disciplinary approaches and the interest of interdisciplinarity to understand changes in the SES.The second chapter proposes a model of the future of the soil erosion protection service. Given the multiple uncertainties that weigh on a prospective model, this chapter integrates several sources of uncertainty into the model and compares their contributions to the variability of predicted erosion values as well as to the direction of change in soil losses between 2020 and 2085. The three sources of uncertainty considered are the future development trajectory of the global society and associated greenhouse gas emissions, seven climate models predicting future precipitation for the study site, and finally the different ways of parameterizing the erosion model.The last chapter consists of a modeling of the biomass production of the grasslands thanks to a Bayesian network under several possible scenarios for the valley in terms of land use and climate trajectories. Different grassland management adaptation options (fertilization, irrigation or undergrowth grazing) are tested to understand their expected effects on forage production. Cover grazing has only a limited effect on total production. On the other hand, the different fertilization and irrigation scenarios show much greater effects, allowing in some trajectories to mitigate the negative consequences of climate change and even to increase total production, but with a higher environmental cost.