Autres outils de diagnostic de l’impact : modélisation d’un écosystème

1. Autres outils de diagnostic de l’impact : modélisation d’un écosystème STE2 : 2002 Présenté par : Taiana LUTH Anne-Lise AUZAN Stéphane POCHET Alan BOISSON Stéphanie DECUN Enseignement de BIOMETRIE

2. INTRODUCTION Situation dans la problématique du cours

3. INTRODUCTION Biocénose Relations directes Population 1 Population 2 Biotope Relations indirectes Modèle : système simplifié représentant quelques traits essentiels de la réalité Objectif : simulation du fonctionnement de l’écosystème

4. PRINCIPE Respiration Matières mortes Mise en équations des interactions entre les niveaux trophiques, à l’intérieur des niveaux trophiques et avec le milieu extérieur. Consommateurs III Consommateurs II Consommateurs I Producteurs I Décomposeurs et Détritivores Phototrophie Matière

5. Elaboration du modèle • Définition de la problématique * Optimisation * Description En fonction de l’objectif fixé (étude d’impact, recherche…) * Prédiction * Quantification * Inter relations

6. Elaboration du modèle Rayonnement solaire O2 atmosphérique O2 Eaux usées Phytoplancton Bactéries Eaux traitées Nutriments (CO2, NH4+, PO43-) CO2 atmosphérique • Caractérisation de l’écosystème Schéma de principe du Lagunage à Haut Rendement (LHR) = Recherches bibliographiques

7. Elaboration du modèle • Mise en équations Méthode déterministe Méthode statistique = = Equations différentielles Coefficient de corrélation Descripteurs de l’environnement

8. Elaboration du modèle Temps de séjour Sorties Entrées X [X]e [X] Variables d’état Variables forçantes Modèle conceptuel Méthode déterministe Description mathématique des processus Pénétration lumineuse Loi de Beer-Lambert Iz = Io exp(-Kext z) où Iz quantité de lumière à la profondeur z Io quantité de lumière à la surface Kext coeficient d’extinction global de la lumière Hydraulique *DTS = e(-ts/t) ts: temps de séjour moyen *Apports = [Xe]*V/ ts *Sorties = [X]bassin*V/ts=X/tsoù X : Quantité totale de la substance X dans tout le bassin Essais - erreurs = analyse de sensibilité Évolution de la biomasse phytoplanctonique globale dPh/ dt = (Gp-Dp)*Ph où Gp= f(t°;I;SN) Calibration – simulation Paramètre 1 Fonction 1 Paramètre 2 Fonction 2 …………….. ………….. Paramètre n Fonction n Validation

9. Elaboration du modèle Exemple de modèle conceptuel X1 Y U X2 X1, X2, X3 variables explicatives Y variables expliquées U variables résiduelles X3 Modèle (s) conceptuel(s) Méthode statistique (ACD) Normaliser Centrer Réduire « Calibration » ^ y ‘ = a’ 1X1+a’2X2+…a’pXp Dénormaliser Décentrer Déréduire Simulation Validation

10. Le modèle déterministe Avantages - hautement structuré - Possibilité d’introduire des interactions spécifiques entre les variables Possibilité de faire entrer plus d’informations que nécessaire … Inconvénients Bien connaître les relations entre les variables mises en jeu Transcription des concepts en équations … Comparaison des deux méthodes • Le modèle statistique • Avantages • - Corrélation rapide des variables • Établissement d’un ordre causal entre les variables • Inconvénients • - Pas de prise en compte des mécanismes internes • - Impossibilité d’introduire des interactions spécifiques entre les variables • - Résultat fonction de la fréquence d’échantillonnage ( La composante variant le plus rapidement dicte la fréquence d’échantillonnage) • …

11. Le modèle ECOPATH II • Historique Modèle initial élaboré par Polovina dans les années 1980 • Elaboration du modèle • Définition de l’écosystème : Condition à remplir: Interactions externes<<Interactions internes • Définition des groupes trophiques

12. Le modèle ECOPATH II • Modèle schématisé

13. Le modèle ECOPATH II • Principe : équilibre énergétique d’un écosystème. Dans un écosystème stable et en équilibre, les apports et les pertes d’énergie de chaque composant se compensent. • Equation : Pour chaque groupe, Q = P+ R+ U APPORTS = PERTES Q consommation P production R respiration U nourriture non assimilée

14. Le modèle ECOPATH II • Paramètres utilisés pour ECOPATH • B Biomasse (t·km-2) • P/B Production / Biomasse (t·km-2 ·an-1) • Q/B Consommation / Biomasse(t·km-2 ·an-1) • U Nourriture non assimilée (%) • EE Efficience écotrophique (%)

15. Le modèle ECOPATH II • Exemple de paramètres à étudier : La consommation d’aliments et l’étude des nageoires Le nageur le plus rapide est celui qui mange le plus.

16. Le modèle ECOPATH II • Exemple de paramètres à étudier : La consommation d’aliments et l’étude des nageoires jaune AR = Rouge AR = 9.8 Hauteur² AR = 1.3 W = poids asymptotique T = température AR = indice de forme de la nageoire caudale Ft = régime alimentaire Q/B = 3 · W-0.2· T0.6 · AR0.5 · 3 eFt

17. Impact des alevins de gardons sur les communautés planctoniques du lac d’Aydat

18. Discussion sur ECOPATH II • Avantages du modèle • Logiciel simple à utiliser qui ne nécessite pas forcément la donnée de beaucoup de paramètres. • Efficace et adaptable à divers écosystèmes. • Complet : permet l’intégration de nombreuses données • Inconvénients du modèle : • Modèle statique : donne une image de l’écosystème à un instant donné mais ne permet pas directement d’en étudier l’évolution. • Limites de tout modèle • Modèle essentiellement biologique et non hydrodynamique

19. Conclusion Biotope Biotope Biotope Biocénose Biocénose Biocénose ECOCOMPLEXE Ecosystème 1 Ecosystème 2 Ecosystème 3 interactions Flux de matière Flux d’organismes vivants