Dissertations / Theses: 'Modélisation des écosystèmes'

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Delogu, Elodie. "Modélisation de la respiration du sol dans les agro-écosystèmes." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00953712.

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Abstract:

Le rôle des écosystèmes agricoles - représentant environ 1/3 des terres émergées - dans la régulation du cycle du carbone est une question cruciale posée par la société aux scientifiques. L'étude de la respiration du sol, de ses composantes et de ses mécanismes doit permettre de fixer les bases de la compréhension du fonctionnement carboné du sol puis de l'écosystème agricole en lien avec les questions de réduction des émissions et de stockage de carbone atmosphérique. Les échanges de carbone du sol font d'ailleurs l'objet d'efforts de recherche récents très poussés, tant leur dynamique et leur variabilité sont encore mal connues. Aujourd'hui, il est difficile d'estimer l'efficacité des pratiques expérimentales et aucune méthode n'a encore été reconnue comme référence. La compréhension des sources des émissions et de leurs fluctuations est cruciale pour l'estimation du potentiel de séquestration du carbone par les sols agricoles via l'application de pratiques culturales appropriées. Dans ce contexte, la modélisation s'avère être un outil incontournable pour quantifier les flux (approche empirique) mais aussi pour orienter les recherches vers des domaines où la faible compréhension des mécanismes rend aléatoire l'établissement du bilan carboné (approche mécaniste). La démarche retenue pour ce travail fait appel à la modélisation théorique selon deux approches (empirique et mécaniste) définies pour satisfaire à différents compromis entre précision, généricité et réalité. Le développement de modèles empiriques, sur 5 sites d'étude aux conditions pédoclimatiques différentes, montre l'importance de lier la respiration à plusieurs facteurs abiotiques et biotiques afin d'obtenir des prédictions génériques et robustes. Ainsi, un modèle de respiration hétérotrophe Rh paramétré à l'aide des variables climatiques de température Ts et d'humidité θs s'est avéré convaincant alors que la modélisation de la respiration du sol Rs n'a pu être satisfaisante qu'à condition de prendre en compte un indice de croissance de végétation supplémentaire (GPP). L'approche empirique n'a cependant pas permis d'évaluer correctement les contributions des différentes composantes de Rs. Le modèle semi-mécaniste décrivant finement les processus a été validé sur 3 sites aux conditions pédoclimatiques contrastées et a permis l'estimation des contributions des sources hétérotrophe et autotrophe au sein de la respiration du sol. Ainsi, Rh représente entre 63 % et 66 % de Rs pour une saison de culture de blé d'hiver et entre 52 % et 56 % de Rs pour une saison de culture de blé de printemps. La contribution de la respiration du sol dans le bilan écosystémique est évaluée entre 33% et 43% pour une culture de blé d'hiver et à hauteur de 50 % pour du blé de printemps. Ce modèle, une fois développé pour intégrer différentes pratiques culturales (fertilisation et travail du sol), a aussi permis de démontrer que les dynamiques de stockage/déstockage du carbone du sol et des émissions de CO2 du sol sont davantage conditionnées par l'apport de matières organiques (fumier, résidus de cultures) que par le travail du sol lui-même.

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Delogu, Émilie. "Modélisation de la respiration du sol dans les agro-écosystèmes." Toulouse 3, 2013. http://thesesups.ups-tlse.fr/2301/.

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Abstract:

Le rôle des écosystèmes agricoles - représentant environ 1/3 des terres émergées - dans la régulation du cycle du carbone est une question cruciale posée par la société aux scientifiques. L'étude de la respiration du sol, de ses composantes et de ses mécanismes doit permettre de fixer les bases de la compréhension du fonctionnement carboné du sol puis de l'écosystème agricole en lien avec les questions de réduction des émissions et de stockage de carbone atmosphérique. Les échanges de carbone du sol font d'ailleurs l'objet d'efforts de recherche récents très poussés, tant leur dynamique et leur variabilité sont encore mal connues. Aujourd'hui, il est difficile d'estimer l'efficacité des pratiques expérimentales et aucune méthode n'a encore été reconnue comme référence. La compréhension des sources des émissions et de leurs fluctuations est cruciale pour l'estimation du potentiel de séquestration du carbone par les sols agricoles via l'application de pratiques culturales appropriées. Dans ce contexte, la modélisation s'avère être un outil incontournable pour quantifier les flux (approche empirique) mais aussi pour orienter les recherches vers des domaines où la faible compréhension des mécanismes rend aléatoire l'établissement du bilan carboné (approche mécaniste). La démarche retenue pour ce travail fait appel à la modélisation théorique selon deux approches (empirique et mécaniste) définies pour satisfaire à différents compromis entre précision, généricité et réalité. Le développement de modèles empiriques, sur 5 sites d'étude aux conditions pédoclimatiques différentes, montre l'importance de lier la respiration à plusieurs facteurs abiotiques et biotiques afin d'obtenir des prédictions génériques et robustes. Ainsi, un modèle de respiration hétérotrophe Rh paramétré à l'aide des variables climatiques de température Ts et d'humidité ?s s'est avéré convaincant alors que la modélisation de la respiration du sol Rs n'a pu être satisfaisante qu'à condition de prendre en compte un indice de croissance de végétation supplémentaire (GPP). L'approche empirique n'a cependant pas permis d'évaluer correctement les contributions des différentes composantes de Rs. Le modèle semi-mécaniste décrivant finement les processus a été validé sur 3 sites aux conditions pédoclimatiques contrastées et a permis l'estimation des contributions des sources hétérotrophe et autotrophe au sein de la respiration du sol. Ainsi, Rh représente entre 63 % et 66 % de Rs pour une saison de culture de blé d'hiver et entre 52 % et 56 % de Rs pour une saison de culture de blé de printemps. La contribution de la respiration du sol dans le bilan écosystémique est évaluée entre 33% et 43% pour une culture de blé d'hiver et à hauteur de 50 % pour du blé de printemps. Ce modèle, une fois développé pour intégrer différentes pratiques culturales (fertilisation et travail du sol), a aussi permis de démontrer que les dynamiques de stockage/déstockage du carbone du sol et des émissions de CO2 du sol sont davantage conditionnées par l'apport de matières organiques (fumier, résidus de cultures) que par le travail du sol lui-même Around 1/3 of the Earth land surface is used for croplands. Their role in the carbon cycle is a crucial issue for scientists today. In the context of global warming, understanding the factors influencing carbon fluxes of agricultural soils and their components is essential for implementing efficient mitigation practices. The CO2 produced at the soil surface results from several respiratory processes making the evaluation of the existing methods complicated. Understanding the soil respiration sources and their dynamics are crucial issues to estimate the potential for carbon sequestration into soils via efficient cultural practices. Because of its major role in carbon loss over croplands, soil respiration modeling received much attention to quantify the fluxes (empirical modeling), to highlight the lack of knowledge and to guide researches (mechanistic modeling). In this study, empirical and semi-mechanistic models were carried out depending on how precise, generic or real the model should be. Using abiotic and biotic factors was essential to properly model respiration among five sites with different soil and climate. The Rh sensitivity to Ts and ?s was adequate to obtain satisfying predictions over bare soils but the dependency of Rs on an indicator of the vegetation growth (GPP) was necessary to improve the predictions during crop periods. The empirical approach could not allow a good and reliable estimation of the contributions of the different components of Rs. Semi-mechanistic model was tested on 3 sites with various climatic and soil conditions. This approach allowed a good assessment on the heterotrophic and autotrophic contributions since it described more carefully the soil respiration and its underlying processes. Rh accounted for 63 % to 66 % of Rs for winter wheat culture whereas it accounted for 52 % to 56 % for a spring wheat rotation. Rs represented 33 % to 43 % of the total ecosystem respiration balance during winter wheat season and about 50 % for spring wheat. The semi-mechanistic model was developed to simulate the effects under different cultural practices as fertilization (manure) and tillage systems. It was concluded that carbon sequestration and carbon dioxide fluxes were more affected by soil organic matter inputs than by the tillage system itself

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Moulin, Thibault. "Modélisation mathématique de la dynamique des communautés herbacées des écosystèmes prairiaux." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2018. http://www.theses.fr/2018UBFCD075/document.

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Abstract:

La modélisation dynamique des systèmes écologiques constitue une méthode incontournable pour comprendre,prédire et contrôler la dynamique des écosystèmes semi-naturels, qui fait intervenir des processuscomplexes. Le principal objectif de cette thèse est de développer un modèle permettant de simuler la dynamiqueà moyen terme de la végétation herbacée dans les prairies permanentes, en tenant compte à lafois de la productivité et de la biodiversité. Les prairies sont des réservoirs présentant une forte biodiversitévégétale, qui soutiennent de nombreux services écosystémiques. Sur le plan agricole, cette importantediversité contribue à la qualité de la production fourragère, et de plus, elle permet une plus grande résistancede la végétation face à des changements climatiques (réchauffement moyen, vagues de chaleur etde sécheresse).Pourtant, cette notion clé de biodiversité n’est que faiblement prise en considération dans la modélisationde l’écosystème prairial : elle est souvent absente ou alors présente sous une forme très simplifiée. Enréponse à ces considérations, ces travaux de thèse présentent la construction d’un modèle de successionbasé sur des processus, décrit par un système d’équations différentielles ordinaires, qui représente ladynamique de la végétation aérienne des prairies tempérées. Ce modèle intègre les principaux facteursécologiques impactant la croissance et la compétition des espèces herbacées, et peut s’ajuster à n’importequel niveau de diversité, par le choix du nombre et de l’identité des espèces initialement présentes dansl’assemblage. Ce formalisme mécaniste de modélisation nous permet alors d’analyser les relations qui lientdiversité, productivité et stabilité, en réponse à différentes conditions climatiques et différents modes degestion agricole.[...]Ces résultats soulignent alors le besoin de prendre en compte le rôle clé joué par la biodiversité dansles modèles de l’écosystème prairial, de par son impact sur le comportement des dynamiques simulées.De plus, pour rendre correctement compte des interactions au sein de la végétation, le nombre d’espècesconsidéré dans le modèle doit être suffisamment important. Enfin, nous comparons les simulations devégétation de ce modèle à des mesures issues de deux sites expérimentaux, la prairie de fauche d’Oensingen,et le pâturage de Laqueuille. Les résultats de ces comparaisons sont encourageants et soulignentla pertinence du choix et de la représentation des processus écologiques clés qui composent ce modèlemécaniste.Ce travail de thèse propose donc un modèle, en total adéquation avec les besoins actuels en terme demodélisation de l’écosystème prairial, qui permet de mieux comprendre la dynamique de la végétationherbacée et les interactions entre productivité, diversité et stabilité Dynamic modelling of ecological systems is an essential method to understand, predict and control thedynamics of semi-natural ecosystems, which involves complex processes. The main objective of this PhDthesis is to develop a simulation model of the medium- and long-term dynamics of the herbaceous vegetationin permanent grasslands, taking into account both biodiversity and productivity. Grasslandecosystems are often hot spots of biodiversity, which contributes to the temporal stability of their services.On an agricultural perspective, this important biodiversity contributes to the forage quality, andbesides, it induces a higher ability of the vegetation cover to resist to different climatic scenarios (globalwarming, heat and drought waves).However, this key aspect of biodiversity is only poorly included in grassland models : often absent ofmodelling or included in a very simple form. Building on those considerations, this PhD work exposes thewriting of a process-based succession model, described by a system of Ordinary Differential Equationsthat simulates the aboveground vegetation dynamics of a temperate grassland. This model implementedthe main ecological factors involved in growth and competition processes of herbaceous species, and couldbe adjust to any level of diversity, by varying the number and the identity of species in the initial plantcommunity. This formalism of mechanistic models allows us to analyse relationships that link diversity,productivity and stability, in response to different climatic conditions and agricultural management.In mathematical grassland models, plant communities may be represented by a various number of statevariables, describing biomass compartments of some dominant species or plant functional types. The sizeof the initial species pool could have consequences on the outcome of the simulated ecosystem dynamicsin terms of grassland productivity, diversity, and stability. This choice could also influence the modelsensitivity to forcing parameters. To address these issues, we developed a method, based on sensitivityanalysis tools, to compare behaviour of alternative versions of the model that only differ by the identityand number of state variables describing the green biomass, here plant species. This method shows aninnovative aspect, by performing this model sensitivity analysis by using multivariate regression trees. Weassessed and compared the sensitivity of each instance of the model to key forcing parameters for climate,soil fertility, and defoliation disturbances. We established that the sensitivity to forcing parameters ofcommunity structure and species evenness differed markedly among alternative models, according tothe diversity level. We show a progressive shift from high importance of soil fertility (fertilisation level,mineralization rate) to high importance of defoliation (mowing frequency, grazing intensity) as the sizeof the species pool increased.These results highlight the need to take into account the role of species diversity to explain the behaviourof grassland models. Besides, to properly take into account those interactions in the grassland cover, theconsidered species pool size considered in the model needs to be high enough. Finally, we compare modelsimulations of the aboveground vegetation to measures from two experimental sites, the mowing grasslandof Oensingen, and the grazing grassland of Laqueuille. Results of these comparison are promising andhighlight the relevance of the choice and the representation of the different ecological processes includedin this mechanistic model.Thus, this PhD work offers a model, perfectly fitting with current needs on grassland modelling, whichcontribute to a better understanding of the herbaceous vegetation dynamics and interactions betweenproductivity, diversity and stability

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Dupont, Hélène. "Modélisation multi-agents d'un service ecosystémique : scénarios de systèmes d'equarrissage par des rapaces nécrophages." Paris, Ecole normale supérieure, 2011. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00598563.

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Hajji, Miled El. "Modélisation et analyse mathématiques pour les écosystèmes microbiens : approche par les systèmes dynamiques." Thesis, Montpellier 2, 2010. http://www.theses.fr/2010MON20117/document.

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Abstract:

Cette thèse s'adresse au problèmes relié au modélisation mathématique en culture continue et culture batch. Nous proposons et étudions, dans une première étape, des modèles mathématiques de quelques processus biologique en culture continue (Chemostat) permettant d'expliquer et de prévoir la coexistence et la coexistence pratique. Dans une deuxième étape, une série d'expériences de laboratoire sont munies en culture batch, et un modèle mathématique tenant compte du recyclage de substrat est proposé, analysé et validé sur des donnés expérimentales en culture pure et mixte prouvant la validité de la principe d'exclusion compétitive en culture batch Cette thèse s'adresse au problèmes relié au modélisation mathématique en culture continue et culture batch. Nous proposons et étudions, dans une première étape, des modèles mathématiques de quelques processus biologique en culture continue (Chemostat) permettant d'expliquer et de prévoir la coexistence et la coexistence pratique. Dans une deuxième étape, une série d'expériences de laboratoire sont munies en culture batch, et un modèle mathématique tenant compte du recyclage de substrat est proposé, analysé et validé sur des donnés expérimentales en culture pure et mixte prouvant la validité de la principe d'exclusion compétitive en culture batch

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Lehuger, Simon. "Modélisation des bilans de gaz à effet de serre des agro-écosystèmes en Europe." Phd thesis, AgroParisTech, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00438077.

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Abstract:

L'agriculture représente 10-15 % des émissions anthropiques de gaz à effet de serre (GES), ce qui justifie que ce secteur soit amené à jouer un rôle dans la lutte contre les changements climatiques. Les échanges de GES entre agro-écosystèmes et atmosphère font intervenir trois composés : le protoxyde d'azote (N2O), le méthane (CH4) et le dioxyde de carbone (CO2). La prédiction de ces échanges de GES nécessite de prendre en compte les processus sous-jacents au sein du système sol-plante, qui sont fortement régulés par les conditions agro-pédoclimatiques. L'utilisation de modèles biophysiques est actuellement une approche très prometteuse en ce sens, mais encore en émergence. La problématique centrale de ce travail de thèse est l'estimation du pouvoir de réchauffement global des agro-écosystèmes, basée sur une modélisation biophysique des agro-écosystèmes et de leurs échanges de GES avec l'atmosphère. Le développement du modèle CERES-EGC a permis d'estimer ses paramètres, grâce à une méthode originale de calibration bayésienne, et d'évaluer son erreur de prédiction pour la simulation des flux de N2O et de CO2 à l'échelle de la parcelle. Ce modèle est désormais en mesure de prédire le bilan de GES des systèmes de cultures. L'application du modèle sur des sites expérimentaux aux conditions pédoclimatiques contrastées a permis de quantifier le pouvoir de réchauffement global de systèmes de cultures à l'échelle de rotations et de tester différentes stratégies de mitigation. L'utilisation et le développement du modèle dans une perspective d'extrapolation spatiale permet de produire des inventaires d'émissions de GES par les surfaces agricoles à échelle régionale.

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Graux, Anne-Isabelle. "Modélisation des impacts du changement climatique sur les écosystèmes prairiaux. Voies d'adaptation des systèmes fourrragers." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00653360.

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Abstract:

Les prairies assurent différents services auprès de l'agriculture et de la société, dont les plus fondamentaux sont de produire le lait et la viande que nous consommons, mais également d'atténuer les émissions de gaz à effet de serre (GES) en piégeant une partie du carbone atmosphérique dans leurs sols. L'anticipation des risques associés à la continuité de ces services, dans le contexte de changement climatique (CC) et démographique futur, est l'un des enjeux agricole et sociétal de demain. Dans ce cadre, cette thèse vise à i) modéliser les impacts du CC sur les services et le bilan de GES des prairies, en tenant compte de la variabilité climatique accrue prédite par les modèles climatiques, mais également ii) à fournir des pistes d'adaptations du système fourrager dans le cas de systèmes d'élevage bovin herbagers. Pour cela, nous avons développé les modules animal et végétal de PaSim afin, d'une part, de représenter de façon mécaniste les performances animales et les émissions de méthane entérique au pâturage et, d'autre part, de rendre compte des interactions de la diversité végétale avec le CC et la gestion des prairies. PaSim a ensuite été utilisé pour simuler, en 12 sites français, les impacts du CC sur des prairies mono ou plurispécifiques, dans différentes conditions pédoclimatiques et de gestion. Le modèle a été forcé par des scénarios climatiques à haute résolution couvrant la période 1950-2100 et issus de différents scénarios socio-économiques, modèles climatiques et méthodes de régionalisation / initialisation. Les conséquences du CC sont globalement assez favorables, hormis pour la production fourragère estivale et la restitution d'eaux aux nappes, pour lesquels les risques d'une diminution significative sont accrus. Les sites plus arides ne sont pas nécessairement ceux qui connaîtront la plus forte évolution négative, même si, en absolu, ils restent ceux présentant les déficits fourragers et hydriques les plus forts. De nouvelles opportunités pour la production fourragère s'offre aux saisons autres que l'été, laissant présager de changements saisonniers importants qui nécessiteront fatalement une adaptation des systèmes d'élevage de ruminants. Une étude de cas, centrée sur les bassins de production breton et du Massif Central, a permis de montrer que ces changements pourraient s'accompagner de modifications de la distribution de fourrages et de concentré en complément de l'herbe pâturée, avec parfois, une exclusion des troupeaux de la pâture l'été. Des systèmes fourragers offrant une certaine flexibilité face à l'aléa climatique pourraient permettre d'exploiter à son maximum l'herbe pâturée, avec des temps de pâturage plus longs et davantage de surfaces allouées au pâturage, et par conséquent des chargements plus élevés. Ces adaptations ne devraient pas nuire au bilan net de GES à l'échelle du système, exprimé par UGB jour. En revanche, afin de soutenir le potentiel de production, elles pourraient nécessiter un recours plus important à l'azote et, de fait, augmenter les pollutions azotées à l'échelle du système.

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Zhao, Yulong. "Modélisation qualitative des agro-écosystèmes et aide à leur gestion par utilisation d'outils de model-checking." Phd thesis, Université Rennes 1, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00933443.

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Abstract:

La modélisation dans le domaine de l'agro-écologie est importante car elle permet de mieux comprendre les interactions entre l'environnement et les activités humaines. Des travaux basés sur la simulation ont été développés depuis des années. Cependant, non seulement ces outils restent difficiles à utiliser par les utilisateurs non experts, mais aussi le coût des modèles rend leur utilisation difficile à case de la complexité élevée en cas d'application réelle. Nous proposons une approche qui consiste à représenter le système étudié dans un formalisme de système à événements discrets qui est bien adapté quand la dynamique du système est liée à des interactions entre les entités concernés. Ceci permet de profiter l'efficacité du model-checking pour étudier le comportement du système modélisé et d'utiliser la synthèse de contrôleur pour générer automatiquement des stratégies optimales. Nous présentons deux contributions dans cette thèse. La première contribution concerne le projet EcoMata. Cette modélisation qualitative en automates temporisés pour un réseau trophique marin de type proie-prédateur permet d'analyser l'écosystème à l'aide de model-checking sans avoir à faire des simulations. Des scénarios de requête prédéfinis ont été développés dans un langage naturel pour que les utilisateurs non expert puissent faire des requêtes sur les réseaux trophiques sans avoir des connaissances sur la langage TCTL. Nous avons amélioré la génération automatique d'automates temporisés à partir d'une description des équation Lotka-Votera. Nous avons aussi proposé une approche de synthèse de contrôleur pour générer automatiquement des stratégies optimales de gestion de pêche. Le prototype logiciel EcoMata implémente l'ensemble des propositions incluant la recherche de stratégies optimales. Dans la seconde contribution, nous proposons une modélisation hybride en automates temporisés d'une exploitation de pâturage. Cette modélisation hybride combine un modèle numérique de la croissance d'herbe et un modèle qualitatif des activités de pâturage. Une structure hiérarchique organise les modèles dans quatre couches: la couche biologique, la couche activité, la couche décisionnelle et la couche d'horloge. Nous proposons quatre méthodes pour générer des stratégies optimales des activités de pâturage. La première méthode est appliquée à la recherche de stratégies optimales de la mise au pâturage. Trois méthodes sont dédiées à la recherche de stratégies optimales de la fertilisation. Une d'entre elles utilise la synthèse de contrôleur alors que les deux autres combinent la synthèse de contrôleur et l'apprentissage supervisé pour générer des stratégies génériques par type d'exploitation. Un prototype logiciel PaturMata a été développé implémentant cette modélisation, permettant aux utilisateurs de simuler des scénarios de pâturage et rechercher des stratégies optimales de mise au pâturage.

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Boulangeat, Isabelle. "Vulnérabilité des écosystèmes montagnards aux changements globaux par une modélisation spatialement explicite -implications pour la conservation." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00768037.

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Abstract:

Les conséquences des récents changements environnementaux sont déjà observables sur les écosystèmes du monde entier et menacent la biodiversité. Dans l'objectif de conserver les bénéfices que nous procurent les écosystèmes, l'enjeu est de comprendre et prédire la dynamique spatiale et temporelle des paysages et de la biodiversité afin de mieux anticiper les changements possibles et adapter les décisions de conservation. En zone de montagne, où l'environnement est très hétérogène, les effets combinés des modifications du climat et de l'agriculture sont susceptibles d'avoir un impact important sur les écosystèmes. La présente thèse a pour objectif principal de caractériser les espèces et les habitats vulnérables aux changements climatiques et changements d'utilisation des terres dans les Alpes Françaises. Elle apporte sa contribution en se basant sur des données accumulées par le Conservatoire Botanique National Alpin et le Parc national des Ecrins (PNE), et en utilisant trois angles d'approche complémentaires. Dans une première partie, les cadres théoriques expliquant la coexistence des espèces et leur répartition spatiale ont été testés empiriquement. Les patrons de rareté des plantes des Alpes françaises ont ainsi été reliés aux caractéristiques des espèces, mettant en évidence les compromis entre différentes stratégies fonctionnelles. Une seconde analyse de la répartition de 21 espèces cibles a démontré la différence entre les facteurs expliquant la présence d'une espèce à un endroit donné et ceux expliquant son abondance. Cette analyse a également permis de souligner l'importance de la dispersion et mis en évidence des dynamiques source-puits chez certaines espèces. La deuxième partie s'appuie sur les mêmes cadres théoriques et a consisté à développer un modèle dynamique de la structure et de la diversité de la végétation. Ce modèle a été calibré et validé sur la végétation du PNE. Une troisième partie porte son attention sur les évolutions possibles de la végétation sous plusieurs scénarios de changements climatiques et d'utilisation des terres. Les simulations ont montré qu'il est nécessaire de considérer la dynamique temporelle du fait que les conséquences d'un changement climatique peuvent être observées bien après la phase du changement. D'autre part, l'analyse a montré les effets conjugués que peuvent avoir les changements climatiques et la déprise agricole sur la structure de la végétation. Un tel modèle ouvre la voie à l'exploration de multiples scenarios, en permettant non seulement de décrire des paysages futurs potentiels mais aussi les états de transition qui devraient y mener.

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Zhao, Yulong. "Modélisation qualitative des agro-écosystèmes et aide à leur gestion par utilisation d’outils de model-checking." Thesis, Rennes 1, 2014. http://www.theses.fr/2014REN1S008/document.

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Abstract:

La modélisation dans le domaine de l'agro-écologie est importante car elle permet de mieux comprendre les interactions entre l'environnement et les activités humaines. Des travaux basés sur la simulation ont été développés depuis des années. Cependant, non seulement ces outils restent difficiles à utiliser par les utilisateurs non experts, mais aussi le coût des modèles rend leur utilisation difficile à case de la complexité élevée en cas d'application réelle. Nous proposons une approche qui consiste à représenter le système étudié dans un formalisme de système à événements discrets qui est bien adapté quand la dynamique du système est liée à des interactions entre les entités concernés. Ceci permet de profiter l'efficacité du model-checking pour étudier le comportement du système modélisé et d'utiliser la synthèse de contrôleur pour générer automatiquement des stratégies optimales. Nous présentons deux contributions dans cette thèse. La première contribution concerne le projet EcoMata. Cette modélisation qualitative en automates temporisés pour un réseau trophique marin de type proie-prédateur permet d'analyser l'écosystème à l'aide de model-checking sans avoir à faire des simulations. Des scénarios de requête prédéfinis ont été développés dans un langage naturel pour que les utilisateurs non expert puissent faire des requêtes sur les réseaux trophiques sans avoir des connaissances sur la langage TCTL. Nous avons amélioré la génération automatique d'automates temporisés à partir d'une description des équation Lotka-Votera. Nous avons aussi proposé une approche de synthèse de contrôleur pour générer automatiquement des stratégies optimales de gestion de pêche. Le prototype logiciel EcoMata implémente l'ensemble des propositions incluant la recherche de stratégies optimales. Dans la seconde contribution, nous proposons une modélisation hybride en automates temporisés d'une exploitation de pâturage. Cette modélisation hybride combine un modèle numérique de la croissance d'herbe et un modèle qualitatif des activités de pâturage. Une structure hiérarchique organise les modèles dans quatre couches: la couche biologique, la couche activité, la couche décisionnelle et la couche d'horloge. Nous proposons quatre méthodes pour générer des stratégies optimales des activités de pâturage. La première méthode est appliquée à la recherche de stratégies optimales de la mise au pâturage. Trois méthodes sont dédiées à la recherche de stratégies optimales de la fertilisation. Une d'entre elles utilise la synthèse de contrôleur alors que les deux autres combinent la synthèse de contrôleur et l'apprentissage supervisé pour générer des stratégies génériques par type d'exploitation. Un prototype logiciel PaturMata a été développé implémentant cette modélisation, permettant aux utilisateurs de simuler des scénarios de pâturage et rechercher des stratégies optimales de mise au pâturage The modeling in the domain of agro-ecology is important since it helps us to better understand the interactiosn between the environment and the human activities. Some research works based on simulation has been carried out during the recent years. Mainwhile, not only these simulation tools are difficult to use by the non expert users, but also the high complexity of models makes interactive uses impossible. We propose an approch in which we represent the system to be studied in a discret event system formalism. This kind of representation benefits the efficiency of model-checking and makes it possible to use controller synthesis to generate strategies. We present two contributions in this thesis. The first one concerns the project EcoMata. This project proposes a qualitative modelling which represents a marine prey-predator type food chain in timed automata. Predifined query patterns in natural langurage are also proposed which allow users to investigate easiy the food chain. We have improved the efficiency of the algorithm of timed automata generation and also developped a strategy synthesis method to generate best fishing management strategy. The prototype software EcoMata implements all these propositions including the best strategy synthesis. In the second contribution, we propose a hybrid modelling which represents grazing activities in timed automata. This hybrid modelling combines a numerical grass model and a qualitative grazing model. These sub models are organized in a hierarchical struture of four layers: the biological layer, the activity layer, the decision layer and the clock. We propose four methods to generate best grazing management strategy. One of these methods is applied to the movement of herd. The other three methods are applied to fertilization among which one of them use controller synthesis on timed automata and the other two combine controller synthesis and machine learning to generate generic strategy for a exploitation type. A prototype software PaturMata has been developped which implements this modelling method and the generation of the best strategy of herd movement

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Shin, Yunne. "Interactions trophiques et dynamiques des populations dans les écosystèmes marins exploités : approche par modélisation individus-centrée." Paris 7, 2000. http://www.theses.fr/2000PA077217.

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Abstract:

Les objectifs de cette thèse sont d'identifier les questions écologiques soulevées par la pratique d'une gestion écosystémique des pêches, et d'y apporter des réponses, en testant des hypothèses de fonctionnement des écosystèmes marins, et en évaluant les effets de la pêche et de sa gestion sur les écosystèmes. A cette fin, notre travail s'appuie sur l'élaboration et l'utilisation du modèle multispécifique OSMOSE. OSMOSE est un modèle individus-centre visant à être complémentaire d'autres modèles multispécifiques halieutiques, en permettant l'étude de dynamiques spatiales structurées en age et en taille, selon des scénarios de pêche varies. L'hypothèse d'une prédation opportuniste, fondée sur la taille corporelle des poissons et leur co-occurrence spatio-temporelle, est au cœur de la démarche. Ainsi, plutôt que d'appréhender les réseaux trophiques à partir de relations interspécifiques établies, ceux-ci sont considérés comme étant fondamentalement dynamiques. La validité du modèle est d'abord testée en confrontant les dynamiques simulées aux observations faites dans les écosystèmes marins. Deux propriétés essentielles sont ainsi retrouvées : la relative stabilité de la biomasse et du spectre de taille des écosystèmes, contrastant avec la variabilité des dynamiques spécifiques. Afin d'évaluer les modifications induites par la pêche sur la structure des communautés, trois attributs du spectre de taille sont étudiés par simulation (pente, intercept et courbure). L'évolution de ces grandeurs en fonction de l'effort de pêche est caractérisée par une rupture de pente qui correspond au maximum soutenable des captures de pêche. Ce résultat permet ainsi de proposer un indicateur du niveau d'exploitation de l'écosystème. Enfin, l'effet

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Diop, Papa Abdoulaye. "Risques émergents et résilience des écosystèmes soumis à des pressions anthropiques : modélisation intégrée économique et éco-épidémiologique." Rouen, 2016. http://www.theses.fr/2016ROUED005.

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Abstract:

De nombreux risques classiques semblent destinés à prendre de nouvelles formes tandis que de nouveaux apparaissent. En effet, aux risques classiques auxquels les individus étaient confrontés, se sont greffés d’autres en lien direct avec les évolutions scientifiques, technologiques, économiques et sociétales actuelles. Ces risques additionnels dits « émergents » peuvent présenter certains effets négatifs manifestes sur les écosystèmes et les populations qui y vivent. II peut s’agir notamment de situation de surmortalité de ressources suite à l’occurrence de maladies infectieuses ou encore une sensibilité plus accrue des ressources à celles-ci. II peut s’agir également de l’accumulation de pollution dans les tissus des organismes susceptible d’engendrer des risques sanitaires et environnementaux différents de ceux envisagés jusqu’alors. Du fait de la vulnérabilité des écosystèmes face à ces risques environnementaux nouveaux et de leurs implications socio-économiques, a émergé une prise de conscience collective sur leur nature potentiellement catastrophique. En cherchant à s’approprier les apports mutuels de l’analyse économique et de la modélisation biomathématique, cette thèse confronte la théorie modélisée et la contextualisation empirique découlant des risques émergents. Elle se focalise sur la problématique de la conservation des ressources renouvelables exploitées face à l’acuité des risques émergents dont les effets inédits sont occultés par la modélisation bioéconomique classique. Elle vise à contribuer à la prévention des risques environnementaux nouveaux pour la biodiversité grâce au développement d’outils théoriques et appliqués issus d’une modélisation intégrée économique et éco-épidémiologique. Ainsi, en s’inspirant du cadre standard de la bioéconomie et en s’appuyant sur la modélisation compartimentale, cette thèse montre les capacités du prélèvement à améliorer les capacités de résilience des écosystèmes et le niveau des prélèvements à l’équilibre lorsqu’une surmortalité en lien avec une maladie infectieuse affecte un système. Elle établit ainsi un résultat qui va à l’opposé des mesures classiques conservatives qui sont préconisées dans le but d’améliorer la résilience et la stabilité des écosystèmes. En abordant des problèmes essentiels tels que la bioaccumulation des polluants et ses conséquences, elle met également en évidence des modifications dans la dynamique des modèles standards de pollution/ressource lorsque la propriété de bioaccumulation des polluants émergents est prise en compte. Face à l'acuité du phénomène des risques émergents pour la biodiversité, cette thèse ouvre ainsi de nouvelles perspectives dans les mécanismes de gestion durable des populations des écosystèmes exploités et offre de nouvelles approches dans la compréhension des dynamiques qui peuvent intervenir dans les écosystèmes dont les populations sont soumises à l’influence d’altéragènes émergents et/ou ré-émergents Numerous classic risks are apparently meant to take new forms whereas novel ones are appearing. In fact new threats that are directly related to the current scientific, technologic, economic and social evolutions have added to the classic ones. These “emergent” additional hazards could present a certain number of potential negative effects on ecosystems and to the resources living in such affected areas. It could notably be about a case of excess death rate of resources following either the outbreak of infectious diseases, or even resources’ sensitivity to these infections. Conversely it could be about the accumulation of pollution in the tissue of organisms which are likely to trigger sanitary and environmental threats and which diverge from those that have been considered so far. Because of ecosystems’ vulnerability towards these new environmental risks and thanks to their socioeconomic involvement, people have developed a growing awareness as for as these threats’ potentially catastrophic nature is concerned. While using economic analysis’ literature as well as biomathematics’ tools within the framework of this dissertation, the latter confronts the modeled theory and the empirical contextualization deriving from emerging risks. Our study focuses on the topic of the conservation of renewable resources which are exploited in the face of emerging dangers’ acuteness and whose unfamiliar effects have been forgotten by classic bio-economic modelling. It aims at partaking in the prevention of new environmental risks for biodiversity, thanks to the development of applied and theoretical tools deriving from economic and eco-epidemiologic integrated modelling. Subsequently by learning from biomechanics’ standard framework and with the support of compartmental modelling, this thesis shows the capacities of harvesting to improve the ecosystems’ resilience abilities, as well as the harvesting level at the steady state when an infectious disease affects an ecosystem. It thence leads to results which go against the conservative classic measures that have been recommended to ameliorate the ecosystems’ resilience and stability. Through tackling pivotal issues such as the pollutants’ bioaccumulation and its consequences, it also foregrounds some modifications in the dynamics of the standard models of pollution/resource when the pollutants’ bioaccumulation propriety is taken into account. So to deal with the phenomenon of emerging threats’ acuteness to biodiversity, this dissertation breaks new ground in the sustainable management’s mechanisms of the resources living in exploited ecosystems, while offering new approaches to the understanding of the dynamics that can intervene in ecosystems whose populations rely on the influence of emerging or re-emerging risks

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Martineau, Yann. "Modélisation des successions post-culturales : application à la gestion durable des agro-écosystèmes des hautes Andes tropicales." Paris 11, 2004. http://www.theses.fr/2004PA112120.

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Abstract:

Le système agricole traditionnel des hautes Andes tropicales alterne courtes périodes de culture et jachères longues. La croissance démographique des populations locales induit une intensification aux conséquences risquées (perte de fertilité et de biodiversité). Le projet européen TROPANDES a étudié les processus agro-écologiques qui contrôlent la fertilité du sol pour proposer une alternative durable à l'intensification. La végétation naturelle qui colonise les parcelles abandonnées est incorporée à la terre au moment de rompre la jachère. Aussi avons-nous développé un modèle biogéochimique de succession végétale qui permet de quantifier l'accumulation de biomasse pendant la jachère. FAPROM (Fallow Production Model) décrit un mélange multicouche de six espèces en compétition pour la lumière et l'azote minéral. Il simule divers processus : photosynthèse au pas de temps horaire ; allocation du carbone, respiration, sénescence, absorption et fixation d'azote au pas de temps journalier ; et reproduction au pas de temps annuel. Le modèle a été appliqué à deux sites particuliers : le paramo humide (Venezuela) et la puna semi-aride (Bolivie). Nos simulations montrent l'importance du turn-over de la matière (respiration, sénescence) pour estimer la croissance des plantes, la dynamique de la végétation et la production primaire de l'écosystème. La dynamique de la végétation et le fonctionnement de l'écosystème dépendent étroitement des conditions initiales (graines) et des ressources (eau et azote). Le modèle permet en outre de quantifier l'importance relative des processus qui contrôlent le bilan azoté sous différents scénarios (avec ou sans légumineuses) The traditional cropping system of the high tropical Andes alternates short cropping periods and long fallows. Demographic growth induced an intensification with hazardous consequences (loss of fertility and biodiversity). The European project TROPANDES studied the agro-ecological processes that control soil fertility to give a basis for a sustainable alternative. The natural vegetation colonizing fallow plots is incorporated to the ground at crop start. Therefore we built a biogeochemical model of plant succession to account for the accumulation of biomass during fallow. FAPROM (Fallow Production Model) describes a multi-layer mixture of six species in competition for light and mineral nitrogen. It simulates various processes: photosynthesis at a hourly time step; assimilates allocation, respiration, tissue mortality, nitrogen absorption and nitrogen fixation at a daily time-step; and reproduction at a yearly time step. The model was applied to two particular sites: the wet paramo (Venezuela) and the semi-arid puna (Bolivia). Simulations show the importance of matter turnover (respiration, senescence) to estimate plant growth, vegetation dynamics and ecosystem primary production. Vegetation dynamics and ecosystem functioning depend on initial conditions (seed bank) and on resources (water and nitrogen). The model helps quantifying the relative importance of the processes that control the nitrogen balance under several scenarios (with or without legumes)

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Hulot, Florence. "Des chaînes aux réseaux trophiques : rôle de la diversité fonctionnelle dans le fonctionnement des écosystèmes." Paris 6, 2001. http://www.theses.fr/2001PA066440.

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Gandois, Laure. "Dynamique et bilan des Elements Traces Métalliques (ETM) dans des écosystèmes forestiers français. Modélisation, spéciation et charges critiques." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00741901.

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Abstract:

Les Eléments Traces Métalliques (ETM : Cd, Co, Cu, Cr, Ni, Pb, Sb et Zn) sont dispersés dans l'atmosphère à la suite de processus naturels et anthropiques. Les écosystèmes forestiers, même éloignés de sources de pollutions aigues, sont sous l'influence d'apports atmosphériques. Leur interaction importante avec l'atmosphère les rend sensibles à cette pollution. Ils font l'objet d'une protection vis-à-vis de la pollution atmosphérique par la définition de charges critiques. L'impact potentiel des ETM dans les écosystèmes forestiers est fortement lié à leur dynamique aux interfaces atmosphère/végétation et sol/solution. En effet, le couvert forestier modifie les apports atmosphériques et la solution de sol est le vecteur principal des ETM vers la biosphère et les eaux de surface et souterraines. Ce travail a consisté en l'analyse des ETM (teneurs et spéciation) dans différents compartiments de l'écosystème (apports atmosphériques hors et sous couvert forestier, sols et solution de sol, végétation) au niveau de six placettes forestières françaises. Les résultats obtenus ont permis d'étudier et de mettre en relation la partition des ETM entre les phases totales, extractibles et en solution des métaux dans les sols avec des paramètres du sol. Le pH du sol est le paramètre le plus significatif pour la prédiction de l'extractabilité et de la solubilité des ETM en solution. La complexation en solution par des colloïdes organiques contrôle la solubilité de certains éléments (Cu, Pb). Les apports atmosphériques actuels sont modérés et montrent une influence régionale plus marquée dans le nord-est de la France. Le couvert forestier modifie significativement les apports atmosphériques. Certains flux (Cd, Ni, Cu et Zn) sont diminués du fait de l'assimilation des éléments par le couvert au moment du dépôt. D'autres flux sont augmentés (Cr, Pb, Sb) sous le couvert forestier, du fait de l'accumulation de dépôt sec. Le bilan des ETM à l'échelle de la placette (accumulation ou perte) dépend du type de sol, de la solubilité de l'élement considéré dans la solution de sol et de sa mobilité dans la végétation. Les limites et charges critiques ont été déterminées et la comparaison avec les concentrations dans les solutions de sol et les apports actuels n'ont pas montré de dépassement.

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Gandois, Laure. "Dynamique et bilan des éléments traces métalliques (ETM) dans des écosystèmes forestiers français : modélisation, spéciation et charges critiques." Toulouse 3, 2009. http://thesesups.ups-tlse.fr/810/.

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Abstract:

Les éléments traces métalliques (ETM : Cd, Co, Cu, Cr, Ni, Pb, Sb et Zn) sont dispersés dans l'atmosphère à la suite de processus naturels et anthropiques. Les écosystèmes forestiers, même éloignés de sources de pollutions aigues, sont sous l'influence d'apports atmosphériques. Leur interaction importante avec l'atmosphère les rend sensibles à cette pollution. Ils font l'objet d'une protection vis-à-vis de la pollution atmosphérique par la définition de charges critiques. L'impact potentiel des ETM dans les écosystèmes forestiers est fortement lié à leur dynamique aux interfaces atmosphère/végétation et sol/solution. En effet, le couvert forestier modifie les apports atmosphériques et la solution de sol est le vecteur principal des ETM vers la biosphère et les eaux de surface et souterraines. Ce travail a consisté en l'analyse des ETM (teneurs et spéciation) dans différents compartiments de l'écosystème (apports atmosphériques hors et sous couvert forestier, sols et solution de sol, végétation) au niveau de six placettes forestières françaises. Les résultats obtenus ont permis d'étudier et de mettre en relation la partition des ETM entre les phases totales, extractibles et en solution des métaux dans les sols avec des paramètres du sol. Le pH du sol est le paramètre le plus significatif pour la prédiction de l'extractabilité et de la solubilité des ETM en solution. La complexation en solution par des colloïdes organiques contrôle la solubilité de certains éléments (Cu, Pb). Les apports atmosphériques actuels sont modérés et montrent une influence régionale plus marquée dans le nord-est de la France. Le couvert forestier modifie significativement les apports atmosphériques. Certains flux (Cd, Ni, Cu et Zn) sont diminués du fait de l'assimilation des éléments par le couvert au moment du dépôt. D'autres flux sont augmentés (Cr, Pb, Sb) sous le couvert forestier, du fait de l'accumulation de dépôt sec. Le bilan des ETM à l'échelle de la placette (accumulation ou perte) dépend du type de sol, de la solubilité de l'élement considéré dans la solution de sol et de sa mobilité dans la végétation. Les limites et charges critiques ont été déterminées et la comparaison avec les concentrations dans les solutions de sol et les apports actuels n'ont pas montré de dépassement Trace Metals (TM: Cd, Co, Cu, Cr, Ni, Pb, Sb and Zn) are dispersed in the atmosphere due to both natural and anthropogenic processes. Forest ecosystems can receive atmospheric inputs, even if they are located far from direct emission sources. In fact, forest ecosystems are particularly sensitive to atmospheric inputs since forest cover can interact with atmospheric pollution. Forest ecosystems are protected from TM atmospheric inputs through the definition of Critical Loads. TM impact on forest ecosystem is linked to their dynamic at the atmosphere/vegetation and soil/solution interfaces. Indeed, forest cover modifies atmospheric inputs. Moreover, it is through soil solution that TM are available to the biosphere and can reach ground and surface waters. During this work, TM content and speciation were determined in diverse compartments of the ecosystem (open field precipitation, throughfall, soil, soil solution and vegetation) on six forested catchments. TM partitioning between total and extractable content and soil solution, was studied in relation with soil parameters. PH was the most significant parameter for most TM extractability and solubility prediction. Cu and Pb solubility was also greatly influenced by complexation with organic colloids. Atmospheric inputs are moderate and regional differences reveal a stronger atmospheric influence on the North-East of France. Forest cover greatly modifies atmospheric inputs. Some fluxes (Cd, Ni, Cu and Zn) are reduced because of direct assimilation by forest canopy. Other fluxes (Pb, Cr and Sb) are increased following dry deposition accumulation on forest canopy. Elemental budget at the plot scale depend on soil type, TM solubility in soil solution and TM mobility in trees. Critical limits and loads have been evaluated and comparison with current soil solution concentration and atmospheric inputs revealed no exceedance

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Velluet, Cécile. "Modélisation et analyse pluriannuelles du fonctionnement hydrologique et énergétique de deux écosystèmes dominants au Sahel agropastoral (Sud-Ouest Niger)." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01002273.

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Abstract:

Le Sahel est particulièrement exposé à la variabilité de la mousson Ouest-Africaine dont les répercussions socio-économiques peuvent prendre un caractère dramatique. Cette région est en outre confrontée à l'une des plus fortes croissances démographiques jamais observées, se traduisant par une pression toujours plus forte sur de faibles ressources naturelles et un environnement fragile. Dans ce contexte, un enjeu important se situe dans notre capacité à proposer des outils aidant au suivi des ressources hydriques et végétales, et permettant d'anticiper les impacts climatiques et anthropiques à moyen terme sur ces ressources. Pour cela, il est indispensable d'étudier et mieux comprendre les processus d'échanges d'énergie et de matière à l'interface terre-atmosphère, qui contribuent à la régulation de la mousson d'une part et gouvernent le cycle hydrologique local et le développement végétal d'autre part. Les travaux réalisés s'inscrivent dans cette problématique, portant précisément sur l'analyse des cycles de l'eau et de l'énergie en région sahélienne sous les effets combinés du climat et de l'activité humaine. La démarche s'appuie sur une méthodologie alliant observations in situ et modélisation à base physique. L'étude a été réalisée dans la région centrale du Sahel, dont le système agricole traditionnel associe pastoralisme et cultures pluviales en alternance avec la jachère. Elle s'est appuyée sur le réseau d'observations éco-hydrologiques et énergétiques acquises en continu durant 7 années (2005-2012) par l'Observatoire AMMA CATCH au Sud-Ouest Niger. La qualité et la cohérence de ces observations ont permis de dresser des grands traits du fonctionnement éco-hydrologique des deux couverts végétaux les plus répandus dans la région : cultures de mil et jachères arbustives. Les observations ne permettent cependant pas à elles seules d'établir des bilans complets aux différentes échelles temporelles d'intérêt (infra-journalière à interannuelle). Une modélisation couplée détaillée des cycles de l'énergie et de l'eau a par conséquent été élaborée pour ces deux couverts, à l'aide du modèle de transferts sol-plante-atmosphère SiSPAT. Etalonné sur une période de 2 ans, le modèle a ensuite été validé sur les 5 autres années d'observation, en contraignant les paramètres du modèle à des valeurs physiquement réalistes. En bon accord avec les observations, cette modélisation pluriannuelle s'est révélée être un outil d'analyse précieux, intégrant toute la pertinence, la richesse et la cohérence du jeu de données. La représentativité de la période étudiée a permis d'en exploiter les résultats pour (1) analyser l'impact de la variabilité climatique sur les bilans d'eau et d'énergie aux différentes échelles temporelles et (2) fournir une première climatologie des flux et stocks d'eau et d'énergie à l'interface sol-végétation-atmosphère, à ces mêmes échelles. Les similitudes et différences de fonctionnement éco-hydrologique et énergétique entre écosystèmes ont été mises en évidence. Par exemple, l'évapotranspiration représente plus de 80% des précipitations annuelles et près de la moitié du rayonnement global au cœur de la mousson pour les deux sites. Sa distribution saisonnière et son partitionnement en évaporation du sol et transpiration des plantes diffèrent néanmoins entre les deux écosystèmes, tout comme le ruissellement, et le drainage sous la zone racinaire. Ce dernier apparaît significatif pour le champ de mil mais pas pour la jachère. Une analyse de sensibilité des processus aux caractéristiques du sol et du couvert a été réalisée. La robustesse des résultats produits devrait leur permettre de servir de référence pour les études des processus hydrologiques et énergétiques dans cette région. La modélisation ainsi construite présente un potentiel évident pour des études prospectives, relatives notamment au changement climatique ou à une évolution des pratiques agricoles.

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Soulignac, Frédéric. "Apport de la modélisation tridimensionnelle pour la compréhension du fonctionnement des écosystèmes lacustres et l'évaluation de leur état écologique." Thesis, Paris Est, 2017. http://www.theses.fr/2017PESC1197/document.

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Abstract:

La qualité des services écosystémiques qu'offrent les lacs est liée à la structure et au fonctionnement de leur écosystème. Protéger leur masse d'eau est devenu un objectif global qui requiert une meilleure compréhension de leur fonctionnement, un suivi et une évaluation de leur qualité. Expliquer les hétérogénéités spatio-temporelles des variables physico-chimiques et du phytoplancton est un problème récurrent rencontré en écologie et en hydrobiologie. Comprendre la dynamique de ces hétérogénéités est aussi un prérequis essentiel pour évaluer, protéger et restaurer objectivement les écosystèmes lacustres. En ce qui concerne la surveillance, les hétérogénéités spatio-temporelles introduisent des incertitudes sur la représentativité des mesures par rapport à l'entièreté de la masse d'eau qui est donc discutable et doit être vérifiée. En Europe, la directive cadre sur l'eau (DCE) initiée en 2000 définit un cadre pour la gestion et la protection des eaux. La classification des masses d'eau en fonction de leur état écologique est un point important dans l'implémentation de cette directive. Pour les lacs et les retenues, l'évaluation de cet état écologique est basée sur des paramètres biologiques, physico-chimiques et hydromorphologiques. Les indicateurs liés au phytoplancton et aux paramètres physico-chimiques sont calculés à partir de quatre prélèvements réalisés pendant la période d'activité biologique pour une année sur un plan de gestion de six ans. Dans ce contexte, la modélisation tridimensionnelle (3D) et la prise en compte des forçages qui conduisent aux hétérogénéités spatio-temporelles est une condition préalable nécessaire tant en limnologie appliquée que théorique. Cette thèse aborde la complexité du fonctionnement des lacs et la capacité des modèles 3D à reproduire leur fonctionnement. L'apport de la modélisation 3D est présenté i) pour la compréhension du fonctionnement de lacs de différentes tailles, ii) couplée aux observations satellitaires, pour l'étude de l'influence des forçages par le vent et de l'hydrodynamique sur l'abondance et la distribution spatiale de phytoplancton, iii) dans le cadre de la DCE, pour l'évaluation des incertitudes d'une évaluation de l'état écologique d'un plan d'eau. Pour cela, deux modèles 3D ont été créés et analysés, un pour le lac de Créteil (42~ha) et un autre pour le Léman (580~km$^2$). Celui du lac de Créteil a été validé à partir de données à hautes fréquences acquises en trois points du lac. Il reproduit correctement son hydrodynamique complexe, sa structure thermique, l'alternance entre les périodes de stratification et les épisodes de mélange, ainsi que les ondes internes. Le modèle du Léman a été validé en utilisant des données mensuelles et bimensuelles en deux stations de prélèvement du lac. Il reproduit aussi correctement son hydrodynamique et la variabilité saisonnière de paramètres physico-chimiques et biologiques. Les résultats des simulations mettent en avant les mécanismes physiques et hydrodynamiques responsables de l'apparition de sites où la biomasse de phytoplancton observée est plus élevée. Dans le cadre de la DCE, ces résultats montrent aussi une variabilité spatiale importante des sous-états écologiques basés sur les différents paramètres qui dépendent du choix des dates des campagnes de mesure et du point d'échantillonnage. Ces résultats ont aussi été utilisés pour estimer la représentativité d'une station de prélèvement. Les résultats de cette thèse i) confirment que le fonctionnement des plans d'eau de toute taille est complexe et que les processus physiques génèrent des hétérogénéités spatio-temporelles, ii) suggèrent que le vent et l'hydrodynamique influencent significativement l'abondance et la distribution spatiale du phytoplancton et que iii) ces hétérogénéités peuvent biaiser notre estimation du statut écologique des plans d'eau dans le cadre de la DCE The quality of ecosystem services provided by lakes is related to the ecosystem structure and functioning. Protecting water bodies is therefore a global goal that requires a better understanding of their function, a monitoring and a water quality assessment. Explaining spatio-temporal heterogeneities of physico-chemical parameters and phytoplankton has been a recurrent ecological and hydrobiological issue. Understanding the dynamics of these heterogeneities is an essential prerequisite for objectively assessing, protecting and restoring freshwater ecosystems. Moreover, three-dimensional (3D) and taking into account and drivers of these heterogeneities are essential prerequisites for theoretical and applied limnology. Concerning the monitoring, spatio-temporal heterogeneities are responsible of uncertainties on the representativeness of the data versus the whole lake which might be questionable and needs to be verified. In Europe, the Water Framework Directive (WFD) initiated in 2000 defines a framework for managing and protecting water bodies in Europe. The classification of water bodies into ecological status is a key issue for the implementation of that framework. For lakes and reservoirs, the assessment of this status is based on biological, physico-chemical and hydro-morphological indicators. Physico-chemical and phytoplankton indicators are calculated based on four observations at an unique sampling station over the growing season, this evaluation being assessed one year for a six-year management plan. In this context, this thesis focuses on the complexity of lakes functioning and the capability of three-dimensional (3D) models to reproduce their functioning. The contribution of 3D models is presented i) for understanding the functioning of lakes of different sizes, ii) coupled to satellite observations, for studying of the influence of wind forcing and hydrodynamics on phytoplankton abundance and spatial heterogeneities, iii) in the context of the WFD, for assessing uncertainties in the lake ecological status assessment. To do that, two 3D models have been created and analyzed, one for Lake Créteil (42 ha) and another for Lake Geneva (580 km2). Lake Créteil 3D model was validated by using high frequency data recorded at three stations. It reproduces well the complex hydrodynamic functioning of the lake, its thermal structure, the alternation between thermal stratification episodes and mixing events, and internal waves. Lake Geneva 3D model was validated by using monthly and bimonthly data at two stations. It reproduces also properly the hydrodynamic functioning of the lake and the seasonal variability of biological and physico-chemical parameters. Simulation results highlight physical and hydrodynamic mechanisms responsible for the occurrence of seasonal hot-spots in phytoplankton abundance. In the context of the WFD, simulation results show also a strong spatial variability of lake ecological status depending on the timing of the four sampling dates as well as the location of the sampling station. These results were also used to assess to representativeness of sampling stations. The results of this thesis suggest that i) the functioning of lakes of different sizes is complex and physical processes generates spatio-temporal heterogeneities, ii) wind and hydrodynamics influence the abundance and the spatial distribution of phytoplankton et iii) spatio-temporal heterogeneities can bias our evaluation of lake ecological status in the WFD

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Cortinovis, Jérôme. "Etude expérimentale et modélisation des émissions biogéniques d'oxydes d'azote et d'isoprène depuis les écosystèmes naturels et aménagés:impact sur l'ozone." Toulouse 3, 2004. http://www.theses.fr/2004TOU30162.

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Abstract:

Pour compléter les inventaires nationaux des émissions d'oxydes d'azote d'origine agricole, un algorithme de laboratoire a été couplé à un modèle de cultures (CERES) pour simuler les flux de NOx à la surface du sol. Leur intégration à l'échelle du cycle cultural a permis de calculer des facteurs d'émission qui ont été spatialisés dans trois régions afin de donner les flux de NOx à cette échelle. Le modèle SVAT bi-couches SURFATM intégrant ces émissions simule les échanges d'ozone entre la surface et l'atmosphère avec les interactions chimiques NOx-O3. Des tests réalisés sur deux sites d'ESCOMPTE montrent la nécessité de prendre en compte à la fois les émissions de NOx et la chimie des NOx-O3. Dans une perspective d'intégration régionale, le facteur de réduction du couvert permet d'évaluer la part nette des émissions de NOx transmise vers l'atmosphère dans les modèles méso-échelle. La contribution des émissions d'isoprène à la production d'ozone en fonction du degré de maturation d'un panache anthropique a été évaluée en période estivale. La contribution est apparue importante en zone péri-urbaine et rurale. Le couplage d'un algorithme alliant termes de haute et basse fréquence avec le SVAT ISBA-Ags permet de simuler la variation saisonnière des émissions d'isoprène au niveau du couvert. Les émissions estivales apparaissent prépondérantes devant les périodes printanières et automnales. Son couplage avec le modèle MesoNH-Chimie montre une contribution saisonnière de l'isoprène à la production d'ozone maximale en été, suivi du printemps et de l'automne In order to build a national inventory of nitrogen oxides from agricultural activities, an algorithm deduced from laboratory experiments was coupled with the CERES crop model to simulate NOx flux at the soil level. Simulations on a year basis allow the estimation of emission factors. NOx fluxes were integrated at the regional scale for three administrative regions. A new version of the SURFATM SVAT model integrating NOx emissions and NOx-O3 basic chemistry simulates ozone and NOx surface-atmosphere exchanges. Two contrasted sites from the ESCOMPTE experiment were used to validate this new approach. The canopy reduction factor, that is the actual proportion of NOx emitted above the canopy, was calculated, this net emission being included in a meso-scale model. The contribution of isoprene emissions, the major contributor in the COV global inventory, to ozone production has been evaluated for the ESCOMPTE experiment. This contribution is a function of the anthropogenic plume degree of maturation. The contribution appears to be mostly important in the suburban and rural areas. Coupling an algorithm combining high and low frequency terms with the SVAT ISBA-Ags allows for simulations of isoprene emissions at the canopy scale including a seasonal variation. Summer emissions appear to be preponderant when compared to spring and autumn ones. Coupling with the MesoNH-Chemistry model shows the maximum seasonal contribution of isoprene emissions to ozone production during summer, followed by spring and autumn periods

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Bruno, Valérie. "Etude expérimentale et modélisation du transfert du radium dans un écosystème aquatique simplifié." Montpellier 2, 1990. http://www.theses.fr/1990MON20274.

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Abstract:

Le suivi du transfert du radium est realise au sein d'un ecosysteme aquatique experimental simplifie constitue de quatre niveaux trophiques. L'eau et le sediment constituent les deux supports physiques a partir desquels les autres maillons de l'ecosysteme pourront se contaminer, scenedesmus obliquus represente le producteur primaire, daphnia magna, gammarux pulex et chironomus sp. , les consommateurs de premier ordre; cyprinius carpio le consommateur de deuxieme ordre et enfin salmo gairdneri le super-predateur de l'ecosysteme. Chaque transfert est traduit par une equation mathematique ajustee grace a une analyse theorique des resultats experimentaux et representant l'evolution de la concentration en radium dans le compartiment considere. A partir de ces resultats un modele mathematique permettant de simuler la contamination de l'ecosysteme par du radium est propose. Ce modele prend en compte differents parametres: le type de contamination (chronique ou aigue suite a un accident), le type d'ecosysteme concerne par la contamination (etang ou riviere), la saison pendant laquelle a lieu la contamination (chaude ou froide). Les resultats obtenus avec le modele sont en accord avec les valeurs de terrain sur le niveau de contamination des poissons vivants dans l'environnement aquatique des sites miniers; en particulier ils mettent en evidence la preponderance de la voie trophique dans la radiocontamination de ces poissons

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Tranouez, Pierrick. "Contribution à la modélisation et à la prise en compte informatique de niveaux de descriptions multiples : application aux écosystèmes aquatiques." Le Havre, 2005. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00394623.

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Abstract:

Nombre de sciences utilisent la simulation comme outil de modélisation. Le but de notre travail est d’améliorer la prise en compte d’échelles multiples dans une simulation informatique. Il nous faut donc comprendre comment les sciences se construisent, et le rapport qu’entretiennent cette épistémologie et la simulation. Cette thèse commence donc par un chapitre résumant différentes tendances épistémologiques et s’efforce de les rattacher à la tâche qu’on s’est fixé. Le deuxième chapitre présente de manière plus spécifique ce qu’on peut vouloir dire par « échelles multiples » ou « niveau de description » dans différents travaux scientifiques, en insistant plus particulièrement sur ce qui sera notre application principale, l’hydrodynamique et les écosystèmes. Le chapitre 3 présente alors l’application qui a donné naissance au travail actuel, qui est un système destiné à améliorer l’intelligibilité dans un système de communications écrites entre gestionnaires d’une situation de crise, en utilisant la forme et la dynamique du discours pour aider à résumer sa sémantique. Vient ensuite un résumé de ce dont traite l’écologie, de l’importance des flux dans les modèles actuels d’écosystèmes, et des tendances les plus répandues actuellement dans la modélisation d’écoulement fluide. Ceci nous amène dans le chapitre 5 à la description d’une application qui s’efforce de gérer différentes échelles dans une simulation d’écoulement fluide, en gardant à l’esprit une intégration ultérieure dans une simulation d’écosystème plus générale. Nous utilisons comme base un modèle dit particulaire sur lequel nous appliquons deux méthodes pour détecter des structures ou des organisations au cours de la simulation. Une de celle-ci permet le remplacement des particules de bases qui se sont auto-organisées par une nouvelle entité qui représente la structure en question. La vie sociale subséquente de cette nouvelle entité de simulation peut ensuite mener à la création d’encore nouvelles échelles, et ce d’une manière itérative sans limité supérieure théorique. Nous terminons avec un article en anglais qui commence à expliciter comment ce travail mènera à une simulation d’écosystème plus générale IMost sciences use simulation in their usual cycle of self-construction. The focus of our work is improving the handling of multiple scales in computer simulations. We have therefore to understand how different sciences build themselves, and how this epistemology relates to simulation. The present work therefore starts with a chapter summing up various epistemological tendencies and endeavors to link them to our present goal. The second chapter more specifically presents what is meant by multiple scales or level of description in different scientific work, with an emphasis on what is closer to our future main application, hydrodynamics in ecosystems model. Chapter 3 presents the early application that in fact prompted the present work, a system meant to improve intelligibility in a written communication system during emergency situations, by using the shape and the dynamics of the discourse itself to help summing up the semantics. Follows afterwards a summing up of what ecology delves into, the importance of fluxes in modern ecosystems model, and the main approaches of fluid flow modeling in current hydrodynamics. This leads to the relative novelty of our work, which is an application to handling different scales in a fluid flow simulation, with a view to integration in a more complex ecosystems simulation. We use a standard model called vortex based upon which we apply two different schemes to detect structures or organizations in the midst of the simulation. One of these leads to the replacement of the basic particles that self-organized to a new simulation entity that represents this organization or structure. The metaphorical social life of these entities can lead to the creation of still new scales of description, in a iterative theoretical upper open-ended way. We conclude with the integration of an article (in English) that emphasizes how this work will lead to a more developed ecosystems simulation, and what the ties are

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Gos, Pierre. "Modélisation des bouquets de services écosystémiques et intensification écologique des pratiques d'élevage dans Vercors." Phd thesis, Université de Grenoble, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01062172.

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Abstract:

La coïncidence des services écosystémiques ainsi que la coïncidence entre 'hotspots' de servicesécosystémiques et 'hotspots' de biodiversité ont suscité un intérêt croissant dans les évaluations desservices écosystémiques. Les seuils utilisés dans ces analyses pour déterminer la présence desservices écosystémiques varient de façon importante mais les effets consécutifs à leur choix n'ontpas été envisagés. Nous proposons ici une analyse de l'effet du choix de ces seuils sur lacoïncidence entre services écosystémiques ainsi que sur la distribution des 'hotspots'. A partir d'uneétude de prairies des Alpes Centrales françaises, nous avons fait varié des seuils appliqués à troisservices écosystémiques (agronomique, de régulation et de valeur esthétique) de façon continue,puis considéré des triplets de valeurs-seuils représentant trois points de vue contrastés associés à despoints de vue d'acteurs. Ces seuils sont interprétés comme une importance accordée par chaqueacteur à chaque service écosystémique.La coïncidence entre services écosystémiques dépend de la détermination de seuils de présence.L'étendue des 'hotspots' de services écosystémiques et leur coïncidence avec les 'hotspots' debiodiversité varient largement selon les points de vue. Les coldspots ne sont jamais superposés avecles zones d'intérêt pour la biodiversité dans cette étude, quel que soit le point de vue envisagé.L'analyse de superposition s'est révélée moins informative que le test de diagnostic de la capacitéindividuelle des services écosystémiques à capturer la distribution des autres services. La valeuragronomique capturait peu les autres services écosystémiques. La biodiversité était bien capturéepar les valeurs esthétiques et de régulation, mais faiblement par les 'hotspots' de services.Cette analyse souligne l'importance de considérer les attentes variables des teneurs d'enjeux dans lesévaluations de 'hotspots' de services écosystémiques.

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Le, Mezo Priscilla. "Variabilité des écosystèmes marins de l'échelle inter-annuelle au dernier cycle glaciaire-interglaciaire." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLV003/document.

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Abstract:

La variabilité du système climatique influence la productivité et la distribution des espèces marines sur toutes les échelles de temps, de la variabilité saisonnière et inter-annuelle aux cycles glaciaires-interglaciaires. Mais ces liens entre climat et écosystèmes marins sont encore largement méconnus, de telle sorte que les prévisions des changements à venir sont difficiles. De plus, parce que les indicateurs paléoclimatiques issus des archives marines sont souvent liés au fonctionnement de l’écosystème, cette méconnaissance limite la fiabilité de la reconstruction de la variabilité climatique passée.Ce travail de thèse vise à améliorer notre connaissance de ces liens entre climat et écosystèmes marins : nous nous sommes intéressés aux changements de productivité marine au cours du dernier cycle glaciaire-interglaciaire, et nous nous sommes aussi penchés sur la réponse de l’écosystème, incluant l'ensemble des niveaux de la chaine trophique, à la variabilité inter-annuelle à décennale en climat pré-industriel. Ce travail est basé sur l’utilisation d’un modèle climatique (IPSL-CM), d’un modèle de biogéochimie marine (PISCES) et d’un modèle de niveaux trophiques supérieurs (APECOSM).Dans un premier temps, nous montrons que le lien entre l’intensité de la mousson indienne et la productivité primaire marine, en été boréal dans la mer d’Arabie, n’est pas direct. En effet, il apparait indispensable pour comprendre les changements de productivité de considérer, en plus de l'intensité de la mousson, la structure de la mousson. En particulier, la position du Jet de Findlater par rapport à la côte de la péninsule arabique est un paramètre important puisqu'elle conditionne la dynamique d'Ekman dans la région.Dans un second temps, nous avons étudié les variations de la productivité marine au large de l'embouchure du fleuve Congo et leurs liens avec le fleuve et les changements de dynamique atmosphérique africaine. Ce travail a mis en évidence que la relation entre l'intensité de la mousson et l'intensité des alizés, souvent utilisée dans les reconstructions climatiques, n'est pas toujours vérifiée. Selon le climat étudié, l'importance des effets thermiques ou dynamiques sur les changements de précipitations et de vents simulés est différente.Dans un troisième temps, nous avons étudié l'effet de la variabilité inter-annuelle sur les changements de productivité passés et sur le signal climatique potentiellement enregistré par des indicateurs climatiques biologiques.Enfin, la dernière partie de cette thèse se focalise sur la réponse des organismes marins des haut-niveaux trophiques à la variabilité climatique à différentes fréquences. Ce travail a révélé que les organismes marins répondent de façons différentes aux variations environnementales en fonction de leur taille et de leur habitat Climate variability influences marine primary productivity and marine species distribution over all timescales, from seasonal to interannual variability and glacial-interglacial cycles. The links between climate and marine ecosystems are still sparsely known so that the predictions of futur changes are difficult. Moreover, because paleoclimate recorders extracted from marine archives are often linked to the functionning of the ecosystem, this lack of knowledge limits our ability to reconstruct past climate variability.This thesis work aims at improving our knowledge of these links between climate and marine ecosystems : we have looked into marine productivity changes during the last glacial-interglacial cycle, but we also examined the "end-to-end" ecosystem response to inter-annual to decadal variability in a pre-industrial climate. This work uses a climate model (IPSL-CM), a bio-geochemical model (PISCES) and a model of high trophic levels (APECOSM).First, we show that the link between Indian summer monsoon intensity and marine primary productivity in the Arabian Sea is indirect. Indeed, it appears necessary to consider the monsoon pattern, such as the Findlater Jet position, which drives the Ekman dynamics in the region, as well as its intensity to understand the productivity changes.Second, we study the marine productivity changes off the Congo river mouth and their links with the river runoff and the African atmospheric dynamics. This work shows that the relationship between monsoon intensity and trade winds intensity, often used to reconstruct past changes, is not always verified. Depending on the climate, thermal or dynamical effects are more or less prominent drivers of the simulated changes in precipitation and winds. Productivity off the Congo river mouth, which is mainly located in the subsurface, seems more affected by the ocean and atmosphere dynamics than by the river supply in nutrients.Third, we study the inter-annual variability effects over past productivity changes and over the climatic signal potentially recorded in the biological climate proxies.Finally, the last part of the thesis focuses on high trophic levels marine organisms response to climate variability at different frequencies. This study shows that marine organisms response to environmental changes varies with the organism' size and habitat

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Stella, Patrick. "Modélisation des flux d’ozone sur les couverts agricoles : prédiction et partition des dépôts stomatique, cuticulaire et sol." Paris 6, 2011. http://www.theses.fr/2011PA066593.

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Abstract:

L’ozone (O3) est un composé naturel de l’atmosphère terrestre. Dans la troposphère, l’ozone est un puissant oxydant responsable de dommages sur les matériaux, la santé humaine et les végétaux. De plus, il contribue significativement au réchauffement climatique en tant que gaz à effet de serre. Le dépôt sec est une voie majeure de destruction de l’ozone. Il est bien admis que ce dépôt s’effectue selon trois voies : le dépôt au sol, sur les cuticules et les stomates. Cependant, les facteurs environnementaux et les processus sous-jacent restent mal définis. Ce manque de connaissances provoque de fortes incertitudes concernant l’estimation du dépôt sec à l’échelle globale, et donc de l’estimation du budget troposphérique d’ozone. Le travail de cette thèse consiste à établir un modèle de dépôt sec d’ozone, capable à la fois de prédire le dépôt total mais également de le partitionner. Une étude spécifique concernant la résistance de sol a d’abord été menée afin de mettre en évidence les facteurs environnementaux contrôlant celle-ci. Grâce à cette étude, nous avons pu établir une nouvelle paramétrisation de la résistance de sol en fonction de l’humidité relative de surface. Le dépôt d’ozone a ensuite été modélisé en couplant un modèle de bilan d’énergie et un modèle de dépôt d’ozone. La confrontation du modèle avec des mesures acquises sur différents sites et différents couverts a montré une bonne concordance entre les deux. Le modèle a enfin été utilisé pour établir les budgets stomatiques, cuticulaires et sol sur deux agrosystèmes. Les résultats obtenus montrent la dominance du dépôt non stomatique, en particulier au sol, pour les écosystèmes agricoles.

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Tisseuil, Clément. "Modéliser l'impact du changement climatique sur les écosystèmes aquatiques par approche de downscaling." Toulouse 3, 2009. http://thesesups.ups-tlse.fr/763/.

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Abstract:

L'objectif était d'évaluer l'impact du changement global sur les écosystèmes aquatiques au cours du 21ème siècle, dans le bassin Adour Garonne (S-O France). Une approche de " downscaling " a été développée à l'interface entre les sciences du climat, de l'hydro-chimie et de l'écologie. Les résultats suggèrent une augmentation globale des débits hivernaux ainsi que des débits d'étiages plus faibles. Les concentrations en nitrate pourraient augmenter, de même que la distribution des espèces de poissons les plus thermophiles. Toutefois, une diminution des gaz à effet de serre ainsi qu'une modification des pratiques agricoles (ex. Diminution des fertilisants azotés) pourraient limiter l'intensité des perturbations écologiques. Cette thèse offre une contribution originale, notamment pour la gestion future des ressources hydriques et écologiques This thesis aimed at assessing the impact of global change on freshwater ecosystems during the 21st century in the Adour Garonne area (SW France). A downscaling approach was developed linking techniques from climate, hydro-chemical and ecological sciences. The main results suggest an increase of high flows in winter as well as more severe low flows in summer. Nitrogen concentrations and thermophile fish species distribution may also increase. Reducing green house gas emissions and modifying agricultural practices (e. G reducing nitrate fertilizers) could reduce the intensity of ecological disturbances. This study is an original contribution to the management of future hydrological and ecological resources

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Blottiere, Lydie. "Rôles du brassage dans le fonctionnement des écosystèmes aquatiques peu profonds dans un contexte de réchauffement climatique." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015SACLS016/document.

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Abstract:

Le vent joue un rôle clé dans la structure et le fonctionnement des lacs. Le brassage de la colonne d’eau est notamment impliqué dans la compétition entre les différentes espèces de phytoplancton dont les stratégies de positionnement vertical varient largement entre groupes. Par exemple, les cyanobactéries sont globalement favorisées par des conditions de brassage faible grâce à des mécanismes physiologiques de flottaison leur permettant de se maintenir à une profondeur désirée, alors que les diatomées et les algues vertes qui n’ont pas de système de flottaison dépendent d’un brassage important pour être suspendues dans la zone euphotique. Dans les lacs peu profonds, le brassage généré par le vent est généralement suffisant pour entrainer la resuspension des sédiments. Ceci a pour conséquence directe une augmentation de la turbidité qui peut directement impacter la croissance et la productivité algale. La seconde conséquence est la libération de phosphore précédemment stocké dans les sédiments. La pollution et l’usage d’engrais ont provoqué un important import de phosphore dans les lacs qui sont pour la plupart dans un état d’eutrophisation. Dans un premier temps, cette thèse a eu pour objectif de modéliser la compétition entre une cyanobactérie et une algue verte dans une colonne d’eau de lac peu profond prenant en compte la possibilité de resuspension des sédiments et de phosphore. Différents niveaux de brassage ont été testés : de quasi-stagnant à tempête. Des centaines de simulation ont été réalisées dans différentes conditions de brassage, d’eutrophisation (de oligo- à hypereutrophe) et de réchauffement climatique (actuel et +2°C) permettant d’établir des domaines de conditions de dominance d’une espèce ou de l’autre. Dans une seconde partie, la thèse a eu pour objectif d’explorer les impacts potentiels du brassage sur l’ensemble du réseau trophique pélagique. En effet, la grande majorité des études portant sur le brassage sont des études in situ focalisées sur le phytoplancton. Dans le cas présent, nous avons utilisé des mésocosmes de 15m3 équipés de batteurs à vagues dont les amplitudes, fréquences et longueurs d’ondes sont modifiables. Une première expérience en 2012 a eu pour objet de suivre durant 9 semaines la dynamique des variables physico-chimiques standards et des communautés de phytoplancton, zooplancton, bactéries et virus dans deux modalités de brassage : brassage superficiel et brassage de l’ensemble de la colonne d’eau avec resuspension des sédiments. L’année suivante, la même expérience a été conduite mais cette fois-ci couplée à un traitement de réchauffement appliqué grâce à des bâches de polyéthylène transparentes posées sur les mésocosmes. Ces deux expériences montrent un effet important du brassage sur le phytoplancton avec une augmentation du contenu en chlorophyll a et une augmentation de la productivité. Au niveau du zooplancton, la réponse dépend du sous-groupe. Dans nos expériences, uniquement les copépodes ont répondu négativement au régime de brassage avec un potentiel effet cascade sur la population de rotifers. L’expérience de 2012 suggère également un renforcement de l’activité de lyse bactérienne par les virus dans des conditions de brassage important. En 2013, aucun effet du réchauffement de l’eau de 1°C n’a été observé sur les variables mesurées. Des analyses supplémentaires en cours devraient permettre de compléter les informations obtenues et de vérifier l’absence d’effet du réchauffement The wind plays a key role in the structure and functioning of lakes. Water column mixing is involved in the competition between different species of phytoplankton with different vertical positioning strategies. For example, buoyant cyanobacteria are generally favored by low mixing conditions, while sinking diatoms and green algae depend on mixing to be suspended in the photic zone. In addition, in shallow lakes, wind-induced mixing is usually sufficient to cause sediment resuspension. This leads to an increase in turbidity which can directly impact the algal growth and productivity. Resuspension can also induce the release of phosphorus previously stored in sediments. This internal loading via resuspension can boost algal production and growth. The first goal of this thesis was to model the competition between the buoyant cyanobacterium Microcystis aeruginosa and a sinking green algae under different mixing conditions: from quasi-stagnant to storm-like events. Hundreds of simulations were carried out in different conditions of mixing, phosphorus concentration and water temperatures in order to establish the conditions necessary for the dominance of one species on the other. In the second part of this thesis, we explored the potential impacts of mixing on the pelagic food web. The vast majority of previous studies on mixing in shallow lakes are in situ studies focused on phytoplankton. In the summer 2012, we used 15m3 mesocosms equipped with wave-makers and followed during nine weeks the dynamics of physical and chemical variables and the dynamic of phytoplankton, zooplankton, bacteria and viruses under two mixing conditions: whole column mixing with sediment resuspension and superficial mixing without resuspension. The following year, the same experiment was conducted but this time crossed with a warming treatment. Both experiments gave similar results in regards to mixing. We observed a significant effect of mixing on phytoplankton with an increase in chlorophyll content and an increase in productivity. The response of zooplankton to mixing depended on the subgroup. In our experiments, only copepods responded negatively to mixing with a potential cascade effect on the rotifer population while bosminas remained unaffected throughout the experiments. The 2012 experience also suggests an increase in bacterial lysis activity by virus in mixed enclosures. In 2013, no effect of water warming (+1°C) was observed on the measured variables, however, additional analysis are still underway to confirm or infirm these results

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Bertelle, Cyrille. "Contribution à la modélisation informatique des milieux complexes naturels, implémentée dans des environnements parallèles et distribués." Habilitation à diriger des recherches, Université du Havre, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00429163.

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Abstract:

La problématique de recherche développée concerne la modélisation de milieux complexes sous différentes approches. Initialement centrée sur la simulation d'écoulements fluides implémentée sur des systèmes informatiques parallèles, la thématique a évoluée vers des conceptions et des domaines d'applications plus vastes et notamment la modélisation des écosystèmes aquatiques dans leur complexité naturelle. On développe des aspects méthodologiques permettant la représentation d'organisations dynamiques détectées par des techniques de clustering puis représentées globalement dans des simulations multi-échelles. Les aspects liés à l'implémentation sont développés dans le cadre de systèmes informatiques distribués dynamiques et abordent quelques problèmes liés à la migration dynamique de codes. Le travail présenté ici traduit un instantané d'une recherche qui s'inscrit dans une dynamique qui a conduit à l'émergence d'une activité de recherche significative dans le cadre de la montée en puissance d'un laboratoire, le LIH (Laboratoire d'Informatique du Havre), et d'une formation doctorale, le DEA ITA (Informatique Théorique et Applications).

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Asse, Daphné. "Comprendre et prédire la réponse des écosystèmes forestiers d'altitude aux changements climatiques : apports d'un programme de sciences participatives." Thesis, Montpellier, 2018. http://www.theses.fr/2018MONTG058/document.

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Abstract:

Les régions alpines sont particulièrement sensibles aux changements climatiques en cours. Ainsi, l’ouest des Alpes s’est réchauffé deux fois plus vite que l’hémisphère Nord au cours du XXème siècle. Les rythmes saisonniers des arbres, comme beaucoup d’autres organismes, sont fortement modifiés par le réchauffement climatique. La phénologie et les variations temporelles fines du climat apparaissent comme des composantes incontournables à prendre en compte pour prédire la répartition des espèces. L’objectif principal de ce travail de thèse a été de comprendre la réponse de la phénologie des espèces arborées au réchauffement climatique dans les Alpes et de développer des outils pour évaluer cette réponse dans le futur. Pour atteindre cet objectif nous avons utilisé des données phénologiques (débourrement, floraison, senescence foliaire,) pour le noisetier, le frêne, le bouleau, le mélèze et l’épicéa, issues du programme de sciences participatives Phénoclim.Nos résultats montrent que le réchauffement de l’hiver retarde la levée de la dormance des bourgeons et par conséquent les dates de débourrement et de floraison le long du gradient d’altitude. Cet effet est plus important à basse altitude. La robustesse des projections des modèles de répartition basés sur les processus dépend fortement de la robustesse des modèles phénologiques qu’ils utilisent. En comparant des modèles phénologiques présentant différents niveaux de complexité nous avons montré que les modèles basés sur les processus étaient les plus robustes particulièrement lorsque l’estimation de leurs paramètres reposait sur une estimation directe à l'aide de mesures expérimentales. Les modèles prévoient une réduction des écarts entre les dates de débourrement le long du gradient d'altitude pour toutes les espèces d'ici la fin du 21e siècle. Ceci est dû d’une part à un avancement des dates de débourrement à haute altitude et d’autre part à un retard des dates de débourrement à basse altitude. Nous avons également testé de nouvelles hypothèses sur le déterminisme environnemental de la croissance cellulaire dans les bourgeons, mais aucune des hypothèses testées n’a significativement amélioré les performances des modèles. Nous avons ensuite intégré les modèles phénologiques les plus performants que nous ayons obtenus au modèle d’aire de répartition basé sur les processus PHENOFIT. Nous avons réalisé pour la première fois avec ce modèle des simulations à haute résolution spatiale. Les projections du modèle montrent que les espèces arborées devraient se déplacer vers le haut du gradient d’altitude. Cependant, des phénomènes d’extinction locale pourraient avoir lieu dans les fonds des vallées liés à des dates de floraison trop tardives qui diminuerait le succès reproducteur des individus. Selon les espèces, la limite altitudinale supérieure serait contrôlée par le risque d'exposition au gel tardif des fleurs ou par la longueur de la saison de croissance qui détermine le temps disponible pour la maturation des fruits.L’ensemble de ces résultats nous a permis d’apporter des éléments de réponse sur la dynamique future des écosystèmes forestiers altitudes face au réchauffement climatique. Ils nous ont également permis de montrer que les données du programme Phénoclim étaient de qualité suffisante pour être utilisées dans des travaux de recherche scientifique Mountainous regions are particularly exposed to the ongoing climate change. Indeed, in the Western Alps the temperature increased twice faster than in the northern hemisphere during the 20th century. Trees’ annual cycle, as in many other organisms, is largely affected by climate change. Phenology and the fine temporal variations of climate appear key to predict species distribution. The main objective of this PhD thesis work was to understand the response of tree phenology to climate change in the Alps and to develop tools to evaluate this response in future conditions. It has been carried out using the phenological observations (budburst, flowering, leaf senescence) of five tree species (hazel, ash, birch, larch and spruce) of the citizen science program Phenoclim.Our results show that warmer winters slow down bud dormancy break, and consequently the budburst and flowering dates along the elevation gradient. This effect is stronger at low elevation. The robustness of process-based species distribution models depends strongly on the robustness of their process-based phenology sub-model. By comparing different phenology models differing in their level of complexity and we showed that process-based models were the most robust especially when their parameter estimates relied on forward estimation using experimental data. Models project a reduction in the phenological cline along the elevation gradient by the end of the 21th century. This is due, on one hand, to an advancement of the budburst dates at high elevation and on the other hand, to a delay of the budburst dates at low elevation. We also tested several hypotheses on the environmental determinism of bud cell growth. However, none of the hypotheses improved significantly the models’ performance. We then implemented the best phenology models we obtained in the process-based species distribution model PHENOFIT. We carried out for the first time simulations at high spatial resolution. Projections showed that species are expected to move up along the elevation gradient in response to climate change. However, local extinction events may occur in the bottom of the valleys due to late flowering dates that would decrease the reproductive success. Depending on the species, the upper altitudinal limit would be controlled by the risk of flowers’ exposure to late spring frost or to the length of growing season, which determine fruit maturation success.All of these results, allowed us to provide some answers on the future dynamics of high altitude ecosystems in the face of global climate change. They also allowed us to show that the Phenoclim data were of sufficient quality to be used to address important scientific questions

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Brender, Pierre. "Modélisation des flux de carbone, d'énergie et d'eau entre l'atmosphère et des écosystèmes de steppe sahélienne avec un modèle de végétation global." Phd thesis, AgroParisTech, 2012. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00826115.

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Abstract:

Compte tenu de la vulnérabilité de la population rurale de la région sahélienne aux aléas pluviométriques, et devant les ambitions de certains acteurs d'utiliser le levier de l'usage des terres pour contribuer à l'atténuation du changement climatique, il est important de comprendre les facteurs contribuant à la variabilité de la couverture végétale au Sahel. Une synthèse de la littérature expliquant l'évolution récente de la végétation au Sahel est donc d'abord présentée. Les études s'intéressant au paradigme qui souligne l'impact de l'usage des terres sur les précipitations en Afrique de l'Ouest évaluent principalement ces effets par le couplage de modèles dynamiques globaux de végétation - DGVM - avec des modèles de circulation générale. C'est à l'amélioration d'un tel DGVM, ORCHIDEE, développé à l'Institut Pierre Simon Laplace, que le reste du travail cherche à contribuer.Comme d'autres études ont montré qu'il était possible d'utiliser en première approximation les steppes pâturées et les jachères pour décrire le comportement global de la surface sahélienne, les écarts entre modèle et mesures sont caractérisés pour une jachère située à proximité de Wankama (Niger). Plus précisément, les forces et faiblesses de la paramétrisation et de la structure par défaut du modèle sont diagnostiquées, et l'importance de la réduction d'erreur permise par l'optimisation de certains des paramètres est donnée. En particulier, l'emploi d'une résolution aux différences finies de la diffusion de l'eau dans la colonne de sol est évalué, dans la mesure où cela permet de mieux simuler la réponse rapide du flux évaporatoire aux événements pluvieux que le schéma conceptuel utilisé par défaut dans ORCHIDEE. Le réalisme du modèle est également mesuré à l'échelle régionale, par la comparaison d'observations de NDVI GIMMS_3G à la couverture végétale simulée par le modèle en réponse à différents forçages climatiques. Si les modifications introduites au cours du travail ne permettent pas de mieux décrire les tendances de la végétation au cours des dernières décennies, tirer partie des leçons du présent travail pourra se révéler utile. Il en est de même des conclusions de l'étude de la transitivité des biais conditionnels du modèle réalisée avec Tao Wang et présentée en annexe B.

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Boulain, Nicolas. "Effet des facteurs climatiques et anthropiques dans l'évolution récente des écosystèmes tropicaux : modélisation spatialisée du bilan hydrique d'un petit bassin versant sahélien." Paris 6, 2004. http://www.theses.fr/2004PA066016.

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Cazelles, Bernard. "Modélisation d'un écosystème lotique : dynamique du carbone organique dissous et des microorganismes benthiques dans un cours d'eau cours." Lyon 1, 1987. http://www.theses.fr/1987LYO10068.

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Marusczak, Nicolas. "Etude du transfert du mercure et du méthylmercure dans les écosystèmes lacustres alpins." Phd thesis, Université de Grenoble, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00553704.

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Abstract:

Le mercure, polluant toxique pour les êtres vivants est présent dans tous les compartiments de l'environnement. Son cycle biogéochimique est encore mal connu, et des lacunes existent, notamment dans les sites de hautes altitudes comme les Alpes françaises. Au cours de ces travaux, nous avons examiné la dynamique du mercure dans les écosystèmes lacustres alpins, par l'étude du transfert de ce polluant entre les différents réservoirs que sont la neige (bassin versant), l'eau des lacs, et les poissons. Par des échantillonnages réguliers (janvier à juin 2009) de la neige de surface du lac Bramant, nous montrons que le manteau neigeux est le siège de processus de dépôts atmosphériques de mercure et de méthylmercure provenant des sources anthropiques de la région de Grenoble. Nous montrons également qu'une proportion de ces espèces rejoint le lac notamment lors de la fonte du manteau neigeux. Cependant, elles s'avèrent rapidement évacuées du lac en raison d'un fort et rapide renouvellement de ces eaux. Par ailleurs, la caractéristique spécifique (peu de végétation, grande minéralité) de ces bassins versants d'altitude explique également les faibles quantités de mercure présentes dans ces lacs. La faible contamination en mercure retrouvée dans les poissons de ces lacs est certainement due notamment à un faible temps de séjour du mercure dans l'eau. Enfin, grâce à un outil de prédiction et d'aide à la décision (WARMF), nous suggérons que les paramètres essentiels gouvernant la méthylation du mercure et la contamination des poissons dans nos lacs ne sont pas les dépôts atmosphériques mais plutôt les caractéristiques physico-chimiques du lac et de son bassin versant.

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Tranouez, Pierrick. "Contribution à la modélisation et à la prise en compte informatique de niveaux de descriptions multiples. Application aux écosystèmes aquatiquesPenicillo haere, nam scalas aufero." Phd thesis, Université du Havre, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00394623.

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Abstract:

Nombre de sciences utilisent la simulation comme outil de modélisation. Le but de notre travail est d'améliorer la prise en compte d'échelles multiples dans une simulation informatique. Il nous faut donc comprendre comment les sciences se construisent, et le rapport qu'entretiennent cette épistémologie et la simulation. Cette thèse commence donc par un chapitre résumant différentes tendances épistémologiques et s'efforce de les rattacher à la tâche qu'on s'est fixé. Le deuxième chapitre présente de manière plus spécifique ce qu'on peut vouloir dire par « échelles multiples » ou « niveau de description » dans différents travaux scientifiques, en insistant plus particulièrement sur ce qui sera notre application principale, l'hydrodynamique et les écosystèmes. Le chapitre 3 présente alors l'application qui a donné naissance au travail actuel, qui est un système destiné à améliorer l'intelligibilité dans un système de communications écrites entre gestionnaires d'une situation de crise, en utilisant la forme et la dynamique du discours pour aider à résumer sa sémantique. Vient ensuite un résumé de ce dont traite l'écologie, de l'importance des flux dans les modèles actuels d'écosystèmes, et des tendances les plus répandues actuellement dans la modélisation d'écoulement fluide. Ceci nous amène dans le chapitre 5 à la description d'une application qui s'efforce de gérer différentes échelles dans une simulation d'écoulement fluide, en gardant à l'esprit une intégration ultérieure dans une simulation d'écosystème plus générale. Nous utilisons comme base un modèle dit particulaire sur lequel nous appliquons deux méthodes pour détecter des structures ou des organisations au cours de la simulation. Une de celle-ci permet le remplacement des particules de bases qui se sont auto-organisées par une nouvelle entité qui représente la structure en question. La vie sociale subséquente de cette nouvelle entité de simulation peut ensuite mener à la création d'encore nouvelles échelles, et ce d'une manière itérative sans limité supérieure théorique. Nous terminons avec un article en anglais qui commence à expliciter comment ce travail mènera à une simulation d'écosystème plus générale.

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Delpierre, Nicolas. "Etude du déterminisme des variations interannuelles des échanges carbonés entre les écosystèmes forestiers européens et l’atmosphère : une approche basée sur la modélisation des processus." Paris 11, 2009. http://www.theses.fr/2009PA112167.

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Rizzetto, Simon. "Prédiction de la sensibilité biogéochimique et écologique des écosystèmes forestiers français aux dépôts atmosphériques azotés dans un contexte de changement global." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2017. http://oatao.univ-toulouse.fr/19558/1/Rizzetto.pdf.

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Abstract:

Depuis des décennies, les dépôts atmosphériques azotés sont connus pour agir de manière sévère sur le fonctionnement des écosystèmes forestiers. Ils influent en effet la biogéochimie du sol, l’équilibre des éléments nutritifs et, en conséquence, la croissance des espèces végétales, la biodiversité végétale de sous-étage et plus globalement la santé des forêts. Dans le cadre de la convention internationale de Genève visant à limiter la pollution atmosphérique transfrontalière à longue distance, le concept de « Charges Critiques », défini à la fin des années 1980, a été retenu comme outil permettant d’évaluer la sensibilité d’un écosystème aux contaminants. Il permet d’estimer la quantité maximale de polluants atmosphériques acceptable par l’écosystème avant apparition de conséquences néfastes à son fonctionnement. De plus, en raison de l’impact des changements globaux sur les processus biogéochimiques régissant le fonctionnement des écosystèmes, l’influence des dépôts atmosphériques et du changement climatique doit être considéré de manière simultanée pour évaluer l’évolution de l’état des écosystèmes au cours du temps. Dès lors l’enjeu majeur est de pouvoir prédire l’effet combiné de ces facteurs sur les écosystèmes forestiers français. C’est l’objectif de ce travail de thèse. Des modèles dynamiques couplés biogéochimiques – écologiques, tels que les modèles ForSAFE-VEG ou PROPS, ou écologiques (basés sur la base de données EcoPlant) ont été développés ou adaptés à ces fins, et appliqués à différentes échelles locale, régionale et nationale, selon différents scénarios de dépôts et climatiques. L’application et la calibration du modèle couplé ForSAFE-VEG sur des placettes forestières permanentes du réseau RENECOFOR ont permis de prédire l’évolution de la composition biogéochimique de la solution du sol et en cascade de la composition floristique de trois sites, sous différents scénarios de dépôts atmosphériques et de changement climatique. Les principales évolutions des sites sont liées à leurs caractéristiques stationnelles. Si le changement climatique joue un rôle prédominant sur la réponse des espèces, les écosystèmes oligotrophes restent sensibles aux dépôts de N. A court terme, l’effet combiné des dépôts et du changement climatique sur le long terme est modulé par les effets de la gestion forestière. L’extrapolation du modèle couplé à plus large échelle nécessite une continuité dans la disponibilité des données d’entrée et de calibration de la réponse des espèces. Les données et scénarios de changement climatiques ont été complétés et actualisés à l’aide du modèle SAFRAN et des nouveaux scénarios RCP régionalisés. La calibration de la réponse des espèces végétales à l’échelle de la France a été réalisée à partir des mesures de la base de données phytoécologiques EcoPlant, par le développement de modèles de distribution d’espèces (SDM), en intégrant simultanément des variables climatiques, édaphiques, d’énergie et de nutrition. Le couplage entre le modèle ForSAFE et les SDM assure une modélisation robuste à l’échelle du territoire de la réponse des écosystèmes forestiers dans le temps, calibrée pour les conditions pédoclimatiques françaises. La modélisation des charges critiques d’acidité, d’eutrophisation et de biodiversité sur l’ensemble des sites RENECOFOR et la totalité des écosystèmes forestiers français montre des sensibilités variées aux dépôts de soufre et d’azote en fonction des écosystèmes, avec parmi les plus sensibles les Landes, la Sologne et le Massif Central. Des indices de qualité des habitats (HSi) ont été calculés à l’échelle de tous les écosystèmes par le modèle PROPS et les SDM. La sélection des espèces représentatives reste primordiale car elle conditionne la valeur finale de HSi. Ce paramètre est l’un des plus sensibles à prendre en compte dans la modélisation. Il est à mettre en relation avec les objectifs de protection des écosystèmes voulus par les gestionnaires.

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Albouy, Camille. "Modélisation de scénarios pour la biodiversité ichtyologique en mer Méditerranée : influence du changement global et conséquences trophiques, application aux réserves marines et aux écosystèmes exploités." Thesis, Montpellier 2, 2012. http://www.theses.fr/2012MON20137/document.

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Abstract:

Un des enjeux majeurs en écologie est de comprendre les effets du changement climatique sur la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes. En milieu marin, la surexploitation des ressources par l'homme est un autre facteur de forçage sur les assemblages d'espèces. La thèse propose, par une approche multi-composantes de la biodiversité, de projeter les modifications attendues sur la structure des assemblages de poissons côtiers méditerranéens soumis au changement climatique mais aussi aux différentes pressions de pêche. L'originalité de ce travail est de considérer la dynamique de la structure en taille, de la diversité des espèces mais aussi des lignées (diversité phylogénétique), des traits fonctionnels (diversité fonctionnelle) et des interactions (diversité des liens trophiques) des assemblages de poissons à différentes échelles au sein du bassin méditerranéen, ces trois dernières composantes étant largement ignorées dans les projections face au changement climatique alors qu'elles sont essentielles pour le viabilité des écosystèmes et des services associés au delà du simple nombre d'espèces.Nous avons donc projeté les futures aires de répartition des poissons côtiers méditerranéens grâce à l’implémentation d’un nouveau modèle climatique (NEMOMED8) et de modèles de niche basés sur les enveloppes bioclimatiques. Les projections des aires de distribution des poissons côtiers méditerranéens mettent en évidence que pour la fin du siècle (i) 54 espèces devraient perdre leur niche climatique, (ii) la richesse en espèces pourrait diminuer sur 70,4% du plateau continental, en particulier en Méditerranée occidentale et en mer Égée, et (iii) la taille maximale moyenne des assemblages de poissons pourrait augmenter dans 74,8% des cellules du plateau continental. Les espèces de petite taille non ciblées par la pêche pourraient être les espèces les plus menacées par le changement climatique alors que les espèces de grande taille seraient les plus vulnérables face à l'effort de pêche. Nos projections, au niveau de l’ensemble de la Méditerranée, suggérent l'érosion importante de quelques lignées comme la famille des gobidae. Même si l'érosion de PD et de FD est en partie liée à la perte de richesse spécifique (moins d'espèces moins de lignées ou de fonctions), nous avons établi, notamment dans le bassin ouest, que les assemblages de poissons perdraient plus de diversité phylogénétique et fonctionnelle que prévu simplement suite à l’érosion de la richesse spécifique.Pour appréhender les effets du changement climatique sur la structure du réseau trophique nous avons mis en place une méthodologie basée sur la robustesse d'une relation entre la taille des proies et des prédateurs. Nous avons pu ainsi mettre en évidence les modifications potentielles des réseaux trophiques au sein des assemblages de poissons face au changement global pour l’ensemble du plateau continental méditerranéen. Nous avons constaté qu'une partie importante du plateau continental méditerranéen serait confrontée à une diminution du nombre de liens trophiques, de la vulnérabilité (nombre de prédateurs par proie) et de généralité (nombre de proies par prédateur) moyennes des espèces, tandis que la connectance et le niveau trophique dans les assemblages de poissons pourraient augmenter d'ici la fin du XXIème siècle.Au-delà des modifications de richesse spécifique, les assemblages de poissons méditerranéens côtiers pourraient être modifiés dans les fonctions qu’ils jouent au sein de l’écosystème, dans leur histoire évolutive ainsi que dans les interactions structurant les réseaux trophiques. La thèse est donc une ouverture vers la biogéographie du fonctionnement des écosystèmes à partir de modèles parcimonieux et hybrides permettant d'intégrer différentes composantes de la biodiversité, l'océanographie physique, et le niveau d'exploitation des ressources pour inférer le devenir des systèmes marins côtiers face aux pressions multiples qui s'y exercent déjà One of the main goals in ecology is to understand the effects of climate change on biodiversity and ecosystem functioning. In marine environments the overexploitation of resources by human activities is another forcing factor on species assemblages. This PhD thesis suggested, within a multicomponentsbiodiversity approach, to project expected changes in the structure of Mediterranean coastal fish assemblages under climate change but also under different fishing pressures. The originality of this work is to consider the dynamics of size structure, diversity of species, but also lineages (phylogenetic diversity), functional traits (functional diversity) and interactions (diversity of trophic links) in fish assemblages at different scales within the Mediterranean basin, the latter three components being largely ignored in climate change projections whereas they are essential for maintaining the viability of ecosystems and associated services beyond the simple number of species. We therefore projected future geographic ranges of Mediterranean coastal fish through theimplementation of a new climate model (NEMOMED8) and based on bioclimatic envelopes models. Projected range shifts of Mediterranean coastal fish show that for the end of the century (i) 54 species would lose their climatic niche, (ii) species richness may decline on 70.4% of the continental shelf, particularly in the Western Mediterranean basin and in the Aegean Sea, and (iii) the average maximum size of fish assemblages would increase on 74.8% of the continental shelf. The small species, not targeted by fishing activities, would be the species most threatened by climate change, while larger species are most vulnerable to fishing effort.Our projections at the whole Mediterranean scale show a decrease of 13.6% for the phylogenetic diversity (PD) of coastal fish and 12.6% for their functional diversity (FD) by the end of this century and suggest a significant erosion of some lineages like the gobidae family. While erosion of PD and FD is partly due to the loss of species richness (fewer species implies less lineage and functions) we obseved, especially in the western basin, that the fish assemblages would loss more phylogenetic and functional diversity than expected simply due to the erosion of species richness. These two components, were largely ignored in conservation of marine species assemblages and appear to be strongly impacted by global change.To understand the effects of climate change on food web structure we developed a new methodology based on the robust relationship between the size of preys and predators. We were able to highlight potential changes in food webs of fish assemblages under climate change for the Mediterranean continental shelf. We found that a significant portion of the Mediterranean continental shelf would face a reduction in the number of trophic links, vulnerability (number of predators per prey) and generality (number of preys per predator) of species on average, while connectance and trophic level within fish assemblages would increase by the end of the XXIth century.Beyond changes in species richness, the Mediterranean coastal fish assemblages may be modified, in the functions that they play in ecosystem, in the amount evolutionary history they support, as well as in their interactions structuring food webs. This PhD thesis paves the way towards the biogeography of ecosystem functioning using parsimonious and hybrid models to integrate different components of biodiversity, physical oceanography, and the level of exploitation of ressouces to infer the futur of marine systems cfunctioning facing multiple pressures that are already there

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Rousseeuw, Kévin. "Modélisation de signaux temporels hautes fréquences multicapteurs à valeurs manquantes : Application à la prédiction des efflorescences phytoplanctoniques dans les rivières et les écosystèmes marins côtiers." Thesis, Littoral, 2014. http://www.theses.fr/2014DUNK0374/document.

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Abstract:

La prise de conscience des problèmes d'environnement et des effets directs et indirects des activités humaines a conduit à renforcer la surveillance haute fréquence des écosystèmes marins par l'installation de stations de mesures multicapteurs autonomes. Les capteurs, installés dans des milieux hostiles, sont sujets à des périodes de calibration, d'entretien voire des pannes et sont donc susceptibles de générer des données bruitées, manquantes voire aberrantes qu'il est nécessaire de filtrer et compléter avant toute exploitation ultérieure. Dans ce contexte, l'objectif du travail est de concevoir un système numérique automatisé robuste capable de traiter de tel volume de données afin d’améliorer les connaissances sur la qualité des systèmes aquatiques, et plus particulièrement en considérant le déterminisme et la dynamique des efflorescences du phytoplancton. L'étape cruciale est le développement méthodologique de modèles de prédiction des efflorescences du phytoplancton permettant aux utilisateurs de disposer de protocoles adéquats. Nous proposons pour cela l'emploi du modèle de Markov caché hybridé pour la détection et la prédiction des états de l'environnement (caractérisation des phases clefs de la dynamique et des caractéristiques hydrologiques associées). L'originalité du travail est l'hybridation du modèle de Markov par un algorithme de classification spectrale permettant un apprentissage non supervisé conjoint de la structure, sa caractérisation et la dynamique associée. Cette approche a été appliquée sur trois bases de données réelles : la première issue de la station marine instrumentée MAREL Carnot (Ifremer) (2005-2009), la seconde d’un système de type Ferry Box mis en œuvre en Manche orientale en 2012 et la troisième d’une station de mesures fixe, installée le long de la rivière Deûle en 2009 (Agence de l’Eau Artois Picardie - AEAP). Le travail s’inscrit dans le cadre d’une collaboration étroite entre l'IFREMER, le LISIC/ULCO et l'AEAP afin de développer des systèmes optimisés pour l’étude de l’effet des activités anthropiques sur le fonctionnement des écosystèmes aquatiques et plus particulièrement dans le contexte des efflorescences de l’algue nuisible, Phaeocystis globosa Because of the growing interest for environmental issues and to identify direct and indirect effects of anthropogenic activities on ecosystems, environmental monitoring programs have recourse more and more frequently to high resolution, autonomous and multi-sensor instrumented stations. These systems are implemented in harsh environment and there is a need to stop measurements for calibration, service purposes or just because of sensors failure. Consequently, data could be noisy, missing or out of range and required some pre-processing or filtering steps to complete and validate raw data before any further investigations. In this context, the objective of this work is to design an automatic numeric system able to manage such amount of data in order to further knowledge on water quality and more precisely with consideration about phytoplankton determinism and dynamics. Main phase is the methodological development of phytoplankton bloom forecasting models giving the opportunity to end-user to handle well-adapted protocols. We propose to use hybrid Hidden Markov Model to detect and forecast environment states (identification of the main phytoplankton bloom steps and associated hydrological conditions). The added-value of our approach is to hybrid our model with a spectral clustering algorithm. Thus all HMM parameters (states, characterisation and dynamics of these states) are built by unsupervised learning. This approach was applied on three data bases: first one from the marine instrumented station MAREL Carnot (Ifremer) (2005-2009), second one from a Ferry Box system implemented in the eastern English Channel en 2012 and third one from a freshwater fixed station in the river Deûle in 2009 (Artois Picardie Water Agency). These works fall within the scope of a collaboration between IFREMER, LISIC/ULCO and Artois Picardie Water Agency in order to develop optimised systems to study effects of anthropogenic activities on aquatic systems functioning in a regional context of massive blooms of the harmful algae, Phaeocystis globosa

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Holon, Florian. "Interactions entre écosystèmes marins et pressions anthropiques : Applications au suivi et à la gestion des eaux côtières de la mer Méditerranée." Thesis, Montpellier, 2015. http://www.theses.fr/2015MONTS030/document.

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Abstract:

Au cours du siècle dernier, le développement des activités anthropiques a engendré une augmentation des pressions sur les écosystèmes marins côtiers. Les données scientifiques pour aborder ce phénomène sont fragmentaires et d’une précision insuffisante (de l’ordre du km) pour la prise de décisions locales. La gestion de ces menaces multiples et simultanées exige pourtant des données fiables et précises sur la répartition des pressions et la localisation des écosystèmes les plus sensibles. Ces constations ont été à la base de la rédaction de deux directives européennes (la DCE, directive cadre eau et la DCSSM, directive cadre stratégie sur le milieu marin). Afin de répondre à ces directives, les objectifs de ce projet doctoral ont été de caractériser la vulnérabilité et d’aborder la sensibilité de deux écosystèmes marins prioritaires : les herbiers de posidonie et les communautés coralligènes. Ce projet focalisé sur la méditerranée française a permis la quantification et la localisation de ces écosystèmes et des pressions anthropiques auxquelles ils sont soumis, ainsi que l’estimation de leur état écologique à une résolution fine (de l’ordre de 20 m). Le déclin des herbiers a également pu être modélisé en relation avec les pressions et la profondeur et a permis de définir des seuils de résistance de cet habitat aux différentes pressions et des zones prioritaires de gestion. Ce travail devrait contribuer à améliorer l'élaboration d'indicateurs pour l'évaluation de l'état de santé des systèmes côtiers. Il pourrait également aider à mieux appliquer et coordonner les mesures de gestion à une échelle pertinente pour la conservation de la biodiversité During the last century, human activities were at the origin of increasing pressures impacting marine coastal ecosystems. Scientific data concerning this phenomena are fragmentary and the grid scale (1 x 1 km pixel) is insufficient to permit relevant local decision making. The management of these multiple and simultaneous threats necessitates reliable and accurate data concerning the distribution of pressures and the localization of the most sensitive ecosystems. This is at the origin of two European directives: the Water Framework Directive (WFD) and the Marine Strategy Framework Directive (MSFD). In response to these directives, the objectives of this work were to characterize the vulnerability and sensitivity of two priority ecosystems: Posidonia oceanica seagrass beds and coralligenous reefs. Focusing on the French Mediterranean coastline (depth ranging from 0 to – 100 m), results were: the fine-scale (20 x 20 m pixel size) quantification and localization of the encountered anthropogenic pressures, the quantification and localization of these two priority ecosystems, and the assessment of their ecological state. Seagrass beds decline was modelled in link with depth and pressures; resistance thresholds to pressures, but also management priority areas were defined. This work should contribute to improve the development of indicators for the ecological state of coastal ecosystems. It should also help to better apply and coordinate management actions at a relevant scale for biodiversity conservation

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Franchesquin, Nathalie. "Modélisation et simulation multi-agents d'écosystèmes anthropisés : une application à la gestion hydraulique en Grande Camargue." Aix-Marseille 3, 2001. http://www.theses.fr/2001AIX30086.

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Abstract:

Cette étude porte sur la modélisation et la simulation d' écosystèmes fortement anthropisés selon une approche multi-agents et traite plus particulièrement de la gestion hydraulique de la Camargue. Cette région, connue pour la qualité et la diversité de ses écosystèmes humides est soumise à des pressions anthropiques conséquence de la valorisation, initialement agricole, du territoire. Pour appréhender la dynamique de cet écosystème et apporter une aide à sa gestion nous proposons d'en construire un modèle et de le simuler. Notre modélisation repose sur deux modèles en interaction le modèle de l'écosystème et le modèle de la gestion hydraulique. La phase d'analyse du modèle de l'écosystème décrit la discrétisation de l'espace retenue et les différentes entités nécessaires à la modélisation de l'eau sur cet espace. La gestion hydraulique de cet écosystème est formalisée comme l'élaboration et la réalisation d'un contrat entre agents. Lors de l'élaboration du contrat les agents négocient des objectifs communs pour l'écosystème, et, lors de sa réalisation, ils définissent les actions à mener pour respecter ce contrat. Pour chacune de ces deux phases du contrat nous avons défini les modèles de négociation associés. La modélisation multi-agents s'appuie sur une méthodologie spécifique structurée en deux étapes. A partir de la description des rôles nécessaires à la gestion de l'écosystème,. The purpose of this study is to modelise and to simulate human influenced ecosystems with a multi-agents approach. More specially it focuses on the hydraulic management of the Camargue, located at the mouth of the Rhone river on the coastline on the Mediterranean sea. This wetland is well known for the variety of its ecosystems. Furthermore, it is subject to disturbances induced by human activities, such as farming and hunting. In order to provide an overall view of this ecosystem's dynamic and guidelines to its management, we suggest to build a software model of this system and to simulate it. Our approach is based on two sub-models, interacting with each other the hydrologic model and the hydraulic management model. The analysis of the hydrologic model describes the discretisation of the selected area and the required entities to modelise water fluxes

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Mezemate, Yacine. "Analyse et modélisation multifractales des interactions ondes-turbulence-biologie dans un lac urbain." Thesis, Paris Est, 2014. http://www.theses.fr/2014PEST1166/document.

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Abstract:

Les recherches en milieu lacustre ont généralement porté sur les grands lacs naturels et les barrages. Or les défis scientifiques que présentent les lacs urbains sont nombreux du fait de leur faible profondeur et de leur extension .Le travail que nous présentons ici s'inscrit dans le cadre du projet Petits Lacs Urbains Mesures Modèles Multi-Echelles (PLUMMME), projet financé par la région Île-de-France (programme DIM R2DS).Ce projet a permis l'équipement du lac de Créteil en mesures à haute résolution. Ce sont ces mesures physiques et biologiques qui sont essentiellement exploitées dans cette thèse, parfois en comparaison avec celles du lac du Bourget. La première étape de cette thèse a été ainsi d'enrichir la base de données déjà disponible. Pour cela, nous avons mis en place une station de mesure en continu (capteurs de température, chlorophylle et luminosité, données météorologique telles que vitesse du vent et température atmosphérique), ainsi que deux chaînes de mesures comportant différents capteurs. Des campagnes de mesures spécifiques ont également été réalisées pour l'étude de hydrodynamique à l'aide d'un courantomètre de type Acoustic Doppler Velocimeter (ADV), ainsi qu'un profileur de type Acoustic Doppler Current Profilers (ADCP) à deux points différents du lac (point central et point du rejet d'eaux pluviales). L'analyse des différents champs montre que le lac présente des stratifications avec une période d'une semaine. Nous avons également identifié les modes d'oscillations des ondes internes lorsque ces dernières se produisent sous l'effet du vent. L'analyse spectrale a permis de mettre en évidence une première propriété d'invariance d'échelle des différents champs mesurés. Les différents processus physique (turbulence, stratification, écoulement proche de la paroi) opérant le long de la colonne d'eau ont également été caractérisés. L'analyse spectrale ne permet pas de mettre en évidence le caractère intermittent des fluctuations des champs mesurés, ces dernières peuvent par contre être analysées à l'aide des techniques multifractales. Dans cette thèse nous avons montré que lorsqu'il existe une dépendance entre deux champs, celle ci est multi-échelle. L'utilisation du modèle multifractal universel (UM) a permis de quantifier le degré de cette dépendance. La qualité de l'estimation des paramètres UM dépend fortement de celle de l'invariance d'échelle observée: des séries temporelles présentant des tendances ne respectent pas cette invariance. Les effets de ces dernières sur l'estimation des paramètres UM peuvent être éliminés en utilisant la méthode de décomposition empirique modale dans l'espace physique. L'utilisation des données du champ de vitesse mesuré à l'aide de l'ADCP montre que, les pentes des spectres suivent un profil logarithmique selon la verticale, cela met en évidence que différents processus physiques opèrent le long de la colonne d'eau. Nous montrons également que l'hydrodynamique du lac est fortement perturbée à petite échelle au point du rejet d'eau pluviale. La dernière partie de la thèse examine ce que notre analyse à petites échelles apporte aux modèles numériques. Nous montrons que si les modèles déterministes arrivent à reproduire certains phénomènes à grande échelle, ils sont dans l'incapacité de représenter correctement les fluctuations à petites échelles, donc les processus physiques correspondants. L'analyse multifractale montre que la variabilité des champs physiques présente une forte intermittence. Le fait que la majorité des interactions biologiques/chimiques se produisent à petites échelles souligne la nécessité d'améliorer qualitativement les modèles de fermeture des équations de Navier-Stokes. Enfin, nous montrons que les fonctions de structures, observables statistiques de base en turbulence, ne permettent pas de caractériser de façon unique les champs non conservatifs et donc correspondent à des simulations multifractales non identiques Research in limnology has generally focused on natural lakes and dams. Moreover, the scientific challenges posed by urban lakes are numerous because of their large width and shallow depth resulting in complex problems that involve. This work is part of the project Petits Lacs Urbains Mesures Modèles Multi-Echelles (PLUMMME), founded by Région Île-de-France (DIM R2DS program). The project provides the high-resolution equipment measuring equipment used at Lake Créteil. Physical and biological measurements are the primary scope of this thesis, with some comparisons of measurements done between Lake Creteil and Lake Bourget. With this in mind, the first step of the thesis was to enhance currently available data. In order to do this we installed a station for the continuous measurement of: temperature, chlorophyll and light, also meteorological quantities such as wind speed, and air temperature were measured. The quantities were measured using two measuring chains comprising different sensors. Measurements were conducted in order to characterise hydrodynamics, using a current meter of type Acoustic Doppler Velocimeter (ADV) and a profiler of type Acoustic Doppler Current Profilers (ADCP) positioned at different points in the lake (centrally, and at the point of stormwater discharge). The analysis of the various measured fields shows that the lake is periodically stratified with a period of one week. We also identify the different modes of the internal waves that occur due to the effects of the wind. Spectral analysis was used to highlight the first scale invariant propriety of the different measured fields. Various physical processes (turbulence, stratification, near-wall flow) operating along the water column were also characterised using this method. The spectral analysis, however, does not provide information about the intermittency of the fluctuations of the measured fields, this can only be done using multifractal techniques. In this thesis, we have shown that when there is a dependence between two fields, the dependence is multiscale. The use of the Universal Multifractal (UM) model, allows one to quantify the degree of this dependence. The quality of the estimation of the UM parameters depends strongly on that of the observed scale: time-series with trends are not scaling. The effects of the latter on the estimation of UM parameters can be improved by the application of the Empirical Modal Decomposition method. The measured velocity data from the ADCP shows that the slope of the power spectra density follow a logarithmic profile along the depth of the lake, it shows that different physical processes operate along the water column. We also show that the hydrodynamics of the lake at small scale are strongly perturbed at the point of waterstorm discharge. The last part of the thesis is focused on what our analysis at small-scales brings to numerical models. We show that, if the deterministic models are able to reproduce some phenomena at large scale, they fail to describe the small-scale variability. the small scale variability and the physical processes involved. A multifractal analysis showed that the small-scale variability of the physical fields displays a strong intermittency, an extremely important feature for biological or chemical reactions and therefore for biological scenarios. Knowing that the majority of biological/chemical interactions occur at smaller scales, this result underlines the necessity to greatly improve the closure of the Navier-Stokes equations. Finally, we show that the structure function, a frequently used statistical tool in turbulence, do not uniquely characterize non-conservative fields, i.e., they do not correspond to identical simulations

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Soukhova, Natalia. "Etude de la distribution du 137Cs et modélisation des tranferts sol-plante dans les écosystèmes forestiers de la région de Briansk fortement contaminés par l'accident de Tchernobyl." Besançon, 2000. http://www.theses.fr/2000BESA2070.

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Abstract:

Ce travail présente les résultats de l'étude de la distribution et du transfert du 137Cs dans les écosystèmes forestiers de la région de Briansk (Russie). Cette région est caractérisée par une contamination très élévée en 137Cs, qui est due aux retombées de l'accident de Tchernobyl en 1986. Les niveaux élevés de" contaminations permettent l'obtention de résultats fiables. Différents sites présentant des caractéristiques pédologiques et forestières différentes ont été choisis afin d'étudier l'influence de ces caractéristiques sur la migration dans le sol et le transfert dans la végétation du 137Cs. La migration du 137Cs dans le sol dépend de la composotion et de l'épaisseur de la litière. A l'heure actuelle, la litière et les horizons minéraux sous-jacents sont les niveaux pédologiques les plus contaminés. Les extractions séquentielles appliquées aux échantillons du sol ont permis de révéler l'existence d'une barrière géochimique située juste au-dessous de la litière. La distibution du 137Cs dans les différentes parties (bois, écorce, feuilles, sève, racines) des espèces ligneuses (Pinus sylvestris et Betula pendula) a été étudiée. Le 137Cs est très mobile dans les arbres et nos résultats montrent que la distribution résulte de la structure et du fonctionnement des espèces étudiées. Ainsi la différence de distribution radiale dans les troncs des espèces étudiées peut être expliquée par leur différence en matière de composition des rayons radiaux. De plus, nous avons montré que le transfert du 137Cs dans les différents types de végétation forestière dépend de plusieurs facteurs, dont les principaux sont : la distribution verticale dans le sol des formes biodisponibles du 137Cs, la distribution verticale des systèmes racinaires et les capacités spécifiques d'accumulation du 137Cs par les plantes. L'ensemble des données obtenues a permis de développer un modèle mathématique de la migration et de la fixation du 137Cs dans un sol forestier. De plus des modèles du transfert de ce radionucléi͏̈de dans les écosystèmes forestiers ont été conçus et une nouvelle approche est proposé afin d'estimer la contamination de différentes composantes des écosystèmes forestiers This work presents the results of the study of 137Cs distribution and transfer in forest ecosystems of Briansk (Russia). This region was heavily contaminated in the result of radioactive fallout from Chernobyl NPP accident in 1986. Thus the level of contamination allows to get reliable results. Different sites with pedological and forest features were chosen with the aim to study the influence of these parameters on 137Cs migration in soil and its transfer into vegetation. 137Cs migration in soil depends on forest litter thickness and composition. At present time the principal part of 137Cs is situated in the limit between litter and mineral horizons. Sequential extractions obtained from soil samples revealed the existence of geochemical barrier. This barrier is located just beneath the forest litter. 137Cs distribution in different parrts (wood, bark, leaves, sap, roots) of coniferous and deciduous woody species (Pinus sylvestris and Betula pendula) was studied. 137Cs is very mobile in trees and our results show that its distribution can be easily explained by structure and functioning of studied species. Thus the difference in radial 137Cs distribution in trunk of studied species is closely linked to the difference in radial rays composition. Moreover it was demonstrated in some examples that 137Cs transfer in different types of forest vegetation depends on factors as : vertical distribution of 137Cs bioavailable forms in soil profile, vertical distribution of plant roots and some specific capacities of plants to accumulate 137Cs. The set of data gathered during the present work allowed us to develop one mathematical model of 137Cs migration and fixation in forest soil. Moreover conceptual models of 137Cs transfer in forest ecosystems were designed and a new approach to estimate the contamination of forest compartments contamination by 137Cs was proposed

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Bujan, Stéphane. "Modélisation biogéochimique du cycle du carbone et des sels nutritifs dans les écosystèmes côtiers tropicaux sous influence terrigène et anthropique : Application au lagon de Nouméa (Nouvelle-Calédonie)." Aix-Marseille 2, 2000. http://www.theses.fr/2000AIX22058.

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Auger, Pierre-Amaël. "Modélisation des écosystèmes planctoniques pélagiques en Méditerranée nord-occidentale : Impact des eaux du Rhône à l'échelle du plateau du golfe du Lion et variabilité interannuelle à décennale au large." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00672663.

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La dynamique des écosystèmes planctoniques pélagiques au sein du bassin de Méditerranée nord-occidentale a été appréhendée par une approche de modélisation réaliste. Deux cas bien distincts ont été considérés, celui des écosystèmes qui se développent sur les apports du Rhône et celui des écosystèmes du large. Une modélisation haute résolution du panache du Rhône est mise en place pour prendre en compte les spécificités des apports en sels nutritifs dans les eaux du Rhône. Les apports terrestres de matière particulaire et dissoute semblent favoriser la biomasse zooplanctonique qui, par broutage, limite à son tour le dépôt de carbone organique particulaire sur le plateau du golfe du Lion. En stimulant le développement du zooplancton, les lentilles d'eau dessalée qui se détachent du panache du Rhône pourraient favoriser ce processus. Au large, une simulation longue durée de 30 ans montre que la variabilité interannuelle des écosystèmes planctoniques est dirigée par le mélange vertical, en lien avec les forçages atmosphériques. La convection profonde hivernale contrôle la structure de l'assemblage phytoplanctonique, en favorisant le microphytoplancton, et défavorise davantage les communautés zooplanctoniques et bactériennes en moyenne annuelle. Le mélange vertical contrôle également la variabilité interannuelle des exportations de carbone particulaire et dissout Le métabolisme net de la zone MEDOC tend à être faiblement hétérotrophe en période peu convective, atténuant ainsi le caractère puit de la zone MEDOC. Cependant, on observe alors une accumulation accrue de carbone au sein des écosystèmes planctoniques et de la matière détritique.

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Deville, Alexandra. "Suivi de terrain, expérimentations et modélisation : des approches complémentaires pour l'étude de l'impact des populations de colza hors-champ sur les flux de gènes au sein des agro-écosystèmes." Paris 11, 2004. http://www.theses.fr/2004PA112304.

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Abstract:

L'estimation des risques associés à la persistance et à la dispersion des (trans)gènes requiert une bonne connaissance des vecteurs de diffusion des transgènes dans l'agro-écosystème. Chez le colza, les populations hors-champ situées sur les bords de routes peuvent agir comme relais dans la dispersion des (trans)gènes. Trois approches complémentaires menées à l’échelle d’une région agricole (Selommes, Loir-et-Cher) ont été développées pour préciser le rôle de ces populations dans la dispersion de gènes. La première approche est un suivi cartographique par GPS depuis 2000 des populations de colza (cultivées, hors-champ, repousses en champ et jachères) de la zone d'étude, complété par des analyses phénotypiques et génotypiques de certains descendants et par des enquêtes auprès des agriculteurs de la région. La seconde approche est une étude démographique basée sur la modélisation et sur un suivi de terrain permettant de déterminer les paramètres clefs du cycle de vie des populations hors-champ et d'étudier l'impact de la gestion (fauche et herbicide). Enfin, la dernière approche, expérimentale, vise à tester l'adaptation des populations hors-champ à leur milieu. Ce études mettent en évidence que les populations de colza hors-champ ont un impact probablement important sur la dispersion de gènes. Elles semblent persister par auto-recrutement ou par la banque de graines, et les hybridations croisées entre les plantes de différentes populations apparaissent relativement fréquentes. A terme, les données spécifiques de ces populations acquises à des échelles de temps et d'espace réalistes permettront d'affiner l'évaluation des risques associés à la dispersion des gènes Risk assessment of (trans)gene persistence and dispersal in space and time requires a good knowledge of the vehicles spreading (trans)genes in agro-ecosystems. Feral populations of oilseed rape, located in field margins can act as relays in (trans)genes dispersal. Three complementary approaches were carried out at an agricultural-area scale (Selommes, Loir-et-Cher) to specify the role of such populations in gene dispersal. First, a field survey of all oilseed rape populations (cultivated, feral, volunteers and fallows) in the studied area was conducted for 4 years using GPS cartography. This survey was completed with (i) phenotypic and genotypic analysis of seeds from these populations and (ii) farmers surveys. Second, we identified key-parameters of the life-cycle of feral populations and studied the effect of road verges management (mowing and herbicide treatment) using a demographic study based on modelling and field surveys. Third, an experimental study was designed to evaluate the adaptation of feral populations to their environment. We demonstrate that feral populations of oilseed rape have a potentially influential impact on gene dispersal. They seem to persist through time via self-recruitment or soil seed bank In addition, hybridizations between plants of different populations appear relatively frequent. These specific data collected on feral populations of oilseed rape at a realistic space and time scale are required to refine the predictions of models of gene dispersal and improve risk assessment of gene dispersal

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Prato, Giulia. "Stratégie d'échantillonnage et modélisation trophique : des outils de gestion pour évaluer le fonctionnement des écosystèmes et le statut des prédateurs de haut niveau trophique dans les aires marines protégées méditerranéennes." Thesis, Nice, 2016. http://www.theses.fr/2016NICE4000/document.

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Abstract:

La surexploitation des prédateurs de haut niveau trophique (HTLP) peut déclencher des cascades trophiques qui souvent conduisent à une simplification des réseaux trophiques marins en réduisant leur résistance aux impacts humains. Les aires marines protégées (AMP) peuvent favoriser des augmentations d’abondance et biomasse des HTLP, mais la complète restauration des interactions trophiques, lorsque cela est possible, nécessite des délais importants. Cette thèse vise à proposer des outils intégrés de gestion pour évaluer le retour des HTLP et la restauration des interactions trophiques dans les AMP méditerranéennes, et à évaluer l’efficacité de ces outils pour estimer les impacts de la pêche sur les HTLP et le réseau trophique associé. Deux approches souvent éloignées ont été combinées : les suivis de terrain et la modélisation des réseaux trophiques. Pour échantillonner la communauté de poissons, nous avons proposé d'améliorer la technique traditionnelle de recensement visuel sous-marin en recourant à des transects de taille variable, adaptée à la mobilité des poissons. Cette méthode a alors permis d'augmenter la précision des estimations de densité et de biomasse des HTLP dans les trois AMP méditerranéennes suivies. Ensuite, nous avons évalué l'apport de la modélisation trophique avec les approches EwE et EcoTroph comme outil de gestion écosystémique pour les AMP méditerranéennes. Une structure standard de modèle a été proposée comme étant le meilleur compromis entre la complexité du modèle, la faisabilité de sa construction et la fiabilité de ses sorties The overexploitation of high trophic level predators (HTLP) may trigger trophic cascades, often leading to a simplification of marine food-webs and reducing their resilience to human impacts. Marine protected areas (MPAs) can foster increases of HTLP abundance and biomass, but long time frames are needed to observe a recovery, when possible, of lost trophic interactions. This PhD aimed to propose integrated management-tools to monitor HTLP recovery and the restoration of trophic interactions in Mediterranean MPAs, and to evaluate the effectiveness of these tools at assessing fishing impacts upon HTLP and the associated food-web. Two often distant approaches were combined: field monitoring and food-web modelling. First, to survey the fish assemblage, we proposed to improve the traditional underwater visual census technique of one size-transects with variable size transects adapted to fish mobility. This improvement increased the accuracy of density and biomass estimates of HTLP at three Mediterranean MPAs. We then evaluated the potential of food-web modelling with the Ecopath with Ecosim and Ecotroph approach as a tool to inform ecosystem-based management in Mediterranean MPAs. We proposed a standard model structure as the best compromise between model complexity, feasibility of model construction in terms of data collection, and reliability of model outputs. Key functional groups for which local accurate biomass data should be collected in priority in order to get reliable model outputs were identified

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Wibawa, Teja Arief. "Modélisation globale et régionale de la dynamique de population du thon obèse de l'océan Indien avec le modèle SEAPODYM." Thesis, Toulouse 3, 2017. http://www.theses.fr/2017TOU30149/document.

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Abstract:

La pêche au thon indonésienne a souffert d'un problème de gestion dû à des statistiques de pêche incomplètes et peu fiabilité, ce qui entraîne un manque de compréhension de la dynamique des populations de thonidés de la région. Le gouvernement de l'Indonésie a lancé un programme de développement de l'infrastructure pour l'océanographie spatiale (INDESO) afin d'aider à la gestion et au suivi des ressources marines du pays. Une application du projet concerne les pêcheries thonières avec l'objectif ambitieux de modéliser en temps réel et avec des prévisions de quelques jours les distributions et abondances de trois espèces de thonidés: thon obèse, albacore et bonite. Le modèle utilisé est SEAPODYM (modèle spatial d'écosystème et de dynamique de population). La présente thèse traite uniquement du thon obèse et a trois objectifs majeurs: la préparation d'un ensemble de données de pêche géoréférencées, la production de conditions initiales pour la configuration du modèle régional INDESO et la simulation de la dynamique régionale des populations. L'ensemble de données sur les captures et les efforts de pêche géoréférencés du thon obèse de l'océan Indien a été standardisé selon cinq procédures: standardisation de la résolution spatiale, conversion et standardisation des unités de capture et d'effort, recalage des captures géo-référencées au niveau des captures nominales, et détection des principaux changements de capturabilité sur de longues séries temporelles de données sur la pêche.. L'ensemble de données de prises géoréférencées standardisées couvre les deux tiers de la capture nominale totale en raison du manque de références géographiques pour plusieurs flottilles de pêche. Le modèle régional a été configuré en trois étapes: paramétrage du modèle à résolution grossière sur une longue période historique, " downscaling " et paramétrage de la configuration globale opérationnelle et " downscaling " vers le modèle régional opérationnel. La première étape a permis de paramétrer le modèle sur le Pacifique puis l'Océan Indien sur une période de trente-neuf ans à une résolution mensuelle de 2°, permettant d'établir les conditions initiales de la population pour la deuxième configuration, à partir de 1998 et à une résolution hebdomadaire 1/4°. Cette deuxième configuration du modèle a nécessité une méthode de " downscaling " pour réviser le paramétrage et obtenir la même solution malgré quelques différences dans le forçage physique. Ce modèle opérationnel global a ensuite fourni des conditions initiales de la population et des conditions aux frontières ouvertes pour les flux de poissons traversant les frontières régionales du modèle INDESO (1/12 ° de résolution quotidienne). L'ensemble des données de pêche standardisées dans l'océan Indien a été utilisé pour inclure la mortalité par pêche et valider l'optimisation réalisée dans l'océan Pacifique. Les résultats des simulations de modèles suggèrent que le thon obèse est distribué en concentration plus élevée dans l'océan Indien Nord (au nord de 20 °S), avec une extension à travers le canal du Mozambique et le long d'un prolongement vers l'est entre 35 ° et 40 ° S. Les configurations du modèle opérationnel (mondial et régional) utilisent la production primaire nette (VGPM) et la profondeur euphotique dérivées des données satellitaires, ainsi que les cartes mensuelles climatologiques de l'oxygène dissous provenant de l'Atlas Mondial des Océans (WOA) comme forçages biogéochimiques. Une simulation régionale utilisant le modèle INDESO biogéochimique PISCES comme forçage alternatif aux produits dérivés des satellites a été testée. Les résultats préliminaires montrent que, une fois la production primaire PISCES ajustée à la valeur moyenne VGPM, les deux produits donnent des résultats similaires, ce qui suggère que des prévisions à plus long terme basées sur le modèle biogéochimique physique couplé peuvent être proposées The Indonesian tuna fishery has suffered from a management problem due to incomplete and less reliability of tuna data leading to lack of understanding about tuna population dynamics in its region. The government of Indonesia initiated the Infrastructure Development of Space Oceanography (INDESO) programme to support marine resource management and monitoring of the Country. One application concerns the tuna fisheries with a challenging objective of real-time and forecast modeling of three tuna species biomass distributions: bigeye, yellowfin and skipjack. The model used is SEAPODYM (Spatial Ecosystem and Population Dynamics Model). The present thesis is dealing with bigeye tuna only, and had three major objectives: the preparation of a geo-referenced fishing dataset, the production of initial conditions for the regional INDESO model configuration, and the simulation of regional population dynamics. The georeferenced fishing catch and effort dataset of the Indian Ocean bigeye tuna was standardized throughout five procedures: standardization of spatial resolution, conversion and standardization of catch and effort units, raising of geo-referenced catch to nominal catch level, screening and correction of outliers, and detection of major catchability changes over long time series of fishing data. . The standardized geo-referenced catch dataset covers two-third of total nominal catch due to lack of geographic references for several fishing fleets. The regional model was configured along three steps: the parameterization of coarse resolution model over a long historical period, the downscaling and parameterization of operational global configuration, and the downscaling to the operational regional model. The first step provided model parameterization over the Pacific and Indian Ocean for thirty-nine years period at 2° monthly resolution, allowing to establish initial conditions of the population for the second configuration starting in 1998 at resolution 1/4° weekly. This second model configuration required a downscaling method to revise the parameterization and achieve the same solution despite some differences in the physical forcing. This global operational model provided initial conditions of the population and open boundary conditions (OBCs) constraining the fluxes of fish through the regional borders of INDESO model (1/12° daily resolution). The standardized Indian Ocean fishing dataset was used for including fishing mortality and validate the optimization achieved in the Pacific Ocean. Model simulation outputs suggest that bigeye is distributed in higher concentration in the North Indian Ocean (north of 20°S), with an extension through the Mozambique Channel and along an eastward prolongation between 35° and 40°S.. The operational model configurations (global and regional) are using VGPM net primary production and euphotic depth derived from satellite data, and climatological dissolved oxygen monthly maps from the World Ocean Atlas (WOA) as biogeochemical forcings. A regional simulation using the INDESO biogeochemical PISCES model forcing as an alternative to the satellite derived products was tested. The preliminary results show that once the PISCES primary production is scaled to the VGPM mean value, both products provide similar results, suggesting that longer time scale forecast based on the coupled physical biogeochemical model can be proposed

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Gabrielle, Benoit. "L'évaluation environnementale des agrosystèmes: une approche intégrée pour gérer les risques agri-environnementaux." Habilitation à diriger des recherches, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011435.

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Abstract:

Les 'révolutions vertes' des 50 dernières années ont permis à l'agriculture de répondre à une demande croissante en produits agricoles, grâce aux progrès génétiques et à l'apport généralisé d'intrants permettant de lever des contraintes à la croissance des cultures. Ces pratiques n'ont toutefois pas été sans conséquences pour les écosystèmes, mettant en danger leur capacité à fournir leurs services actuels: production de nourriture et d'énergie, purification de l'eau, régulation du climat, etc... L'agriculture se trouve ainsi face à un dilemme: peut-on concilier la satisfaction de besoins en constante augmentation avec la préservation de l'environnement? Mes recherches s'inscrivent dans cette problématique, et sont centrées sur l'évaluation des systèmes de grandes cultures, avec une approche intégrée sous forme de bilan environnemental. Le bilan prend en compte de façon simultanée les impacts des pratiques culturales sur les milieux sol, eau, et atmosphère, pour un niveau de production donné, permettant ainsi de minimiser les transferts de pollution entre compartiments. Les impacts envisagés concernent les éléments carbone et azote, ainsi que les pesticides, à la fois pour les échanges gazeux, la rétention dans les sols et le rejet vers les eaux souterraines. La quantification des pertes environnementales repose sur une modélisation des cycles bio-géochimiques dans les systèmes sol-plante. Le développement de modèles intégrés de simulation des processus d'émission de polluants, avec un accent particulier sur les échanges gazeux, a constitué la majeure partie de mon activité, et dans ses différentes facettes: intégration de processus, test sur jeux de données expérimentales, extrapolation dans le temps et dans l'espace, et enfin application au diagnostic environnemental dans des contextes finalisés. Ces derniers ont impliqué des domaines comme les bio-énergies, le recyclage de déchets urbains en agriculture, ou l'introduction de cultures tolérantes aux herbicides à large spectre. La conclusion de ces analyses est que les marges de manoeuvre sont: i/ relativement faibles si l'on raisonne les pratiques de façon incrémentale dans le paradigme actuel, relativement intensif, ou ii/ intéressantes mais uniquement sur certains enjeux (eg, effet de serre pour bio-énergie), les autres enjeux étant plus difficiles à quantifier car tributaires des contextes locaux. Mes recherches futures vont donc porter sur une approche plus systémique des productions ou fonctions évaluées, intégrant des disciplines comme la micro-économie ou l'agronomie, et se déroulant dans un territoire décrit de façon explicite.

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Loranger, Jessy. "Assemblage des communautés d’herbacées : une approche fonctionnelle." Thesis, Montpellier, 2015. http://www.theses.fr/2015MONTS034/document.

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Abstract:

Deux facteurs principaux, une fois combinés, permettent de comprendre l’assemblage des communautés, soient i) l’environnement (abiotique et biotique), qui agit comme un filtre sélectionnant les espèces les mieux adaptées aux conditions données, et ii) les traits fonctionnels, sur lesquels s’effectue ce filtrage environnemental puisqu’ils peuvent conférer des avantages sélectifs sous diverses conditions. Il est donc essentiel d’établir des relations fiables entre les conditions environnementales et la structure fonctionnelle des communautés afin de pouvoir identifier et comprendre les mécanismes régissant l’assemblage des communautés. Cependant, plusieurs facteurs tels que les interactions entre variables à différentes échelles spatiales peuvent complexifier la situation et c’est pourquoi, malgré une quantité grandissante d’études sur le sujet, les processus d’assemblage des communautés restent difficiles à définir et à généraliser. Cette thèse vise donc à i) mieux définir et quantifier les relations trait-environnement des systèmes d’herbacées au travers de différentes échelles spatiales et ii) déterminer l’influence de ces relations sur l’assemblage des communautés et le fonctionnement des écosystèmes. Pour réaliser ces objectifs, j’ai travaillé avec les données de programmes ayant collecté des données taxonomiques et fonctionnelles sur les communautés d’herbacées à travers la France (DivHerbe et DivGrass) et, à moindre mesure, l’Europe (VISTA). Ces bases de données couvrent donc de larges gradients climatiques régionaux ainsi que des gradients environnementaux plus locaux relatifs à la qualité des sols et aux perturbations.J’ai d’abord testé l’importance de considérer à la fois des variables environnementales locales et régionales ainsi que leurs interactions pour déterminer la structure fonctionnelle et taxonomique des communautés. J’ai ensuite étudié comment l’importance relative des processus menant soit à la convergence ou à la divergence fonctionnelle peut changer le long d’une succession, puis comment ces deux types de processus influencent notre capacité à prédire l’assemblage des communautés à partir des traits fonctionnels. Finalement, j’ai présenté comment les résultats au niveau des communautés peuvent être utiles pour étudier le niveau des écosystèmes. Les résultats de cette thèse démontrent que les variables climatiques régionales interagissent fortement avec les variables environnementales locales pour influencer les processus locaux déterminant l’assemblage des communautés. Évaluer le contexte régional semble donc nécessaire afin d’éviter des interprétations erronées des patrons d’assemblage observés. Travaillant avec ces deux niveaux de variation environnementale, une dissociation important entre la variation taxonomique et fonctionnelle des communautés a été mise à jour, reflétant l’importance de considérer plusieurs facettes de biodiversité pour comprendre la dynamique des communautés. Les résultats ont aussi démontré que les processus d’assemblage menant à la convergence et à la divergence ont un impact très différent et prédictible sur les relations liant les traits et les abondances des espèces, c’est-à-dire notre capacité à prédire l’assemblage des communautés à partir des traits. Finalement, toutes ces notions, relatives aux relations trait-environnement et à l’assemblage des communautés basé sur les traits, ont été utilisées dans un contexte de biogéographie fonctionnelle. Il a été démontré qu’il était possible de construire des cartes de valeurs de traits fonctionnels dans les prairies permanentes à l’échelle de la France, à partir de variables environnementales. Certaines propriétés écosystémiques ont ensuite pu être prédites à partir de ces cartes. Ces travaux ont donc permis d’illustrer les défis à surmonter pour utiliser nos connaissances de l’écologie fonctionnelle en vue d’une conservation et d’une exploitation viables de nos écosystèmes There are two main factors which, combined together, allow understanding community assembly : i) the environment (both abiotic and biotic), which acts as a filter selecting species according to how well-adapted they are to given conditions, and ii) functional traits, on which this environmental filtering occurs since they represent species adaptations to particular conditions. It is thus essential to establish reliable relationships between environmental conditions and the functional structure of communities in order to identify and understand the mechanisms driving community assembly. However, several factors such as cross-scale interactions between environmental variables complicate the situation. This is why, despite a growing body of studies on the subject, processes of community assembly are still poorly understood and are difficult to generalize. The purpose of this thesis is to i) better define and quantify the trait-environment relationships in herbaceous systems across different spatial scales and ii) determine the influence of those relationships on community assembly and on ecosystem functioning. To realize these objectives, I worked with data from programs which assembled taxonomic and functional data on herbaceous communities across France (DivHerbe and DivGrass) and, to a lesser extent, Europe (VISTA). These databases thus cover large regional climatic gradients, as well as more local environmental gradients related to soil quality and disturbances. I first tested the importance of simultaneously considering local and regional environmental variables as well as their interactions to determine the taxonomic and functional structure of communities. Then, I studied how the relative importance of processes leading to either functional convergence or divergence can change along a successional gradient, and how these two types of processes influence our ability to predict community assembly from functional traits. Finally, I presented how the results at the community-level can be used to study the ecosystem-level. The results of this thesis demonstrate that regional climatic variables strongly interact with local environmental variables in driving the local processes responsible for community assembly. Assessing the regional context is thus necessary in order to avoid erroneous interpretations of observed assembly patterns. Working with those two levels of environmental variation, important discrepancies were found between taxonomic and functional variations across communities, reflecting the importance of considering several aspects of biodiversity in order to understand community dynamics. The results also demonstrated that the assembly processes leading to functional convergence and divergence have a very different and predictable impact on the relationships between traits and species relative abundances, i.e. on our ability to predict community assembly from traits. Finally, these notions related to trait-environment relationships and to trait-based community assembly were used in a functional biogeography framework: It was possible to build maps of functional traits values in permanent grasslands across France using environmental variables. These maps then allowed predicting particular ecosystem properties. Thus, this work allowed illustrating some challenges that we are facing in using our knowledge in functional ecology to build sustainable conservation and exploitation plans for our ecosystems

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Luján, Paredes Doris Criscely. "Dealing with uncertainty in complex models ˸ an application to the OSMOSE ecosystem model of the northern Humboldt current system." Thesis, université Paris-Saclay, 2022. http://www.theses.fr/2022UPASB013.

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Abstract:

L'augmentation de la complexité des modèles permet d'obtenir une représentation plus réaliste des systèmes naturels. Cela peut également conduire à la création d'outils très complexes, dont il est nécessaire d'étudier les sources d'incertitudes, ainsi que le degré de conﬁance que nous pouvons accorder à leurs prédictions. Cette thèse porte sur l'étude de l'incertitude dans le modèle d'écosystème marin OSMOSE appliqué à l'écosystème nord du courant de Humboldt. Ce travail explore les diﬀérentes méthodes et outils disponibles pour les études d'incertitude. Nous avons mis en œuvre une analyse d'incertitude, dont les principaux résultats ont montré que l'incertitude d'un modèle complexe dépend de l'incertitude de quelques paramètres d'entrée, qu'elle se propage dans le temps et que, selon les sorties du modèle sélectionnées, celles-ci peuvent atténuer ou ampliﬁer le niveau d'incertitude de ses résultats. Nous présentons également un protocole basé sur le critère de ﬁabilité des paramètres.Cela nous permet de classer les paramètres du modèle en fonction de la source d'information utilisée pour estimer leurs valeurs et d'attribuer un niveau d'incertitude aux paramètres du modèle. Enﬁn, nous proposons une série de recommandations pour les futures études d'incertitude utilisant des modèles complexes Models of increasing complexity help achieve a more realistic representation of natural systems. This can also lead to the creation of very complex tools, which sources of uncertainty must be studied, as well as the degree of conﬁdence we can place in their predictions. This thesis focuses on studying the uncertainty of the OSMOSE marine ecosystem model applied to the northern Humboldt current ecosystem. This work explores several methods and tools available for uncertainty studies. We implemented an uncertainty analysis, where our main results show that the uncertainty in a complex model depends on the uncertainty in a few inputs, which propagates in time, and depending on the model outputs selected, these may dampen or amplify the level of uncertainty in model results. We also propose a protocol based on the parameter reliability criterion. This allows classifying model parameters according to the source of information used to estimate their values and assigning a level of uncertainty to model parameters. Finally, we provide a series of recommendations for future uncertainty studies using complex models

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Pimenta, Paulo. "Application of model-driven engineering to multi-agent systems : a language to model behaviors of reactive agents." Thesis, Montpellier, 2017. http://www.theses.fr/2017MONTS031/document.

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Abstract:

Des nombreux utilisateurs des systèmes multi-agents (SMA) sont très souvent découragés de modéliser et simuler dans les plates-formes actuelles SMA. Plus précisément, modéliser la dynamique d'un système (en particulier les comportements de l'agent) est très souvent vu comme un défi pour les utilisateurs de SMA. Dans le domaine des systèmes socio-écologiques (SES), cet inconvénient est plus souvent observé une fois que les experts de domaine en SES sont rarement des programmeurs. De plus, la majorité des plateformes SMA n'a pas été conçue en prenant en considérant le fait que les experts de domaines ne sont pas des programmeurs. On constate que la majeure partie des outils MAS ne sont pas dédiés à SES, ou qu'ils ne possèdent pas un formalisme compréhensible pour représenter les comportements de SMA. En outre, comme ces outils sont dépendant des plateformes, un modèle réalisé dans une plateforme SMA ne peut pas être correctement utilisé dans une autre plate-forme en raison de l'incompatibilité entre ces plateformes SMA. Afin de surpasser ces limitations, nous proposons un langage dédié au domaine SES pour décrire les comportements des agents réactifs, quelle que soit la plate-forme utilisée pour la simulation des SMA. Pour ce faire, nous avons appliqué l’approche de l’ingénierie dirigée par les modèles (IDM), une approche qui fournit des outils pour développer des langages dédiés à partir d'un méta-modèle (syntaxe abstraite), des éditeurs textuels avec coloration syntaxique (pour la syntaxe concrète) et des outils des générateurs de code (pour la génération de source code à partir d'un modèle). En conséquence, nous avons mis en œuvre un langage et un éditeur de texte qui permet à des experts du domaine SES de décrire les comportements de trois manières différentes qui sont fermées à leur expression naturelle : sous forme d'équations quand ils sont familiers avec celles-ci, en tant que séquence d'activités proche du langage naturel ou comme un diagramme d'activité pour représenter les décisions et une séquence de comportements en utilisant un formalisme graphique. Pour montrer la généralité, nous avons également développé des générateurs de code ciblant deux plates-formes différentes SMA (Cormas et Netlogo). Nous avons testé les générateurs de code en mettant en œuvre deux modèles SES avec le langage dédié développé. Le code généré obtenu a été généré pour les deux plates-formes SMA Cormas et NetLogo, et simulé avec succès dans un des deux plateformes. Nous avons conclu que l'approche IDM fournit des outils adéquats à développer des langages dédiés et des générateurs de code pour faciliter la modélisation et la simulation SMA par des non-programmeurs. En ce qui concerne le langage développé, bien que l’aspect comportemental de la simulation MAS fasse partie de la complexité de la modélisation en SMA, il y a encore d'autres aspects essentiels du modèle et de la simulation de SMA qui sont encore à être explorés, tels que l'initialisation et les points de vue sur un le monde simulé d’un modèle Many users of multi-agent systems (MAS) are very commonly discouraged to model and simulate using current MAS platforms. More specifically, modeling the dynamics of a system (in particular the agent's behaviors) is very often a challenge to users of MAS. That issue is more often observed in the domain of socio-ecological systems (SES), because SES domain experts are rarely programmers. Indeed,the majority of MAS platforms were not conceived taking into consideration domain-experts that are non-programmers. Most of the current MAS tools are not dedicated to SES, or they do not possess an easily understandable formalism to represent behaviors of agents. Moreover, because it is platform-dependent, a model realized in a MAS platform cannot be properly used in another platform due to incompatibility between MAS platforms. To overcome these limitations, we propose a domain-specific language (DSL) to describe the behaviors of reactive agents, regardless of the MAS platform used for simulation. To achieve that, we applied model-driven engineering (MDE), an approach that provides tools to develop DSLs from a meta-model (abstract syntax), textual editors with syntax highlighting (for the concrete syntax) and code generation capabilities (for source-code generation of a model). As a result, we implemented a language and a textual editor that allows SES domain experts to describe behaviors in three different ways that are closed to their natural expression: as equations when they are familiar to those, as a sequence of activities close to natural language or as an activity diagram to represent decisions and a sequence of behaviors using a graphic formalism. To show the generality we also developed code generators targeting two different MAS platforms (Cormas and Netlogo). We tested the code generators by implementing two SES models with the developed DSL. The generated code was targeted for both MAS platforms (Cormas and Netlogo), and successfully simulated in one of them.We conclude that the MDE approach provides adequate tools to develop DSL and code generators to facilitate MAS modeling and simulation by non-programmers. Concerning the developed DSL, although the behavioral aspect of MAS simulation is part of the complexity of modeling in MAS, there are still other essential aspects of model and simulation of MAS that are yet to be explored, such as model's initialization and points of view on the model's simulated world

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Dissertations / Theses on the topic 'Modélisation des écosystèmes'

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