Дисертації з теми "Paysage – Modèles mathématiques"

Le regain d’intérêt de la société pour les paysages ruraux implique une meilleure connaissance des pratiques paysagères des agriculteurs. Le modèle PAYSAGRI propose une représentation originale des évolutions d’un paysage rural sous l’effet des activités agricoles : il suggère l’hypothèse d’une sensibilité au paysage de l’agriculteur comme facteur de l’entretien des couverts végétaux des surfaces agricoles. La parcelle agricole, unité élémentaire choisie du paysage, est définie par un État Fonctionnel Physionomique (EFP), qui renseigne l’agriculteur sur ses potentialités fourragères et paysagères. Chaque système de production agricole est à la fois associé à un objectif de production et à une finalité paysagère, dictée par la sensibilité au paysage de l’agriculteur. Les pratiques de production courante, considérées optimales, modifient les EFP du parcellaire. Chaque année, les pratiques d’entretien permettent de corriger les physionomies des parcelles agricoles inadaptées aux attentes paysagères de l’agriculteur ; elles initient également une modification pluriannuelle de la conduite du système de production agricole, afin de répondre plus justement aux objectifs fixés. Les simulations réalisées testent l’impact paysager de différentes populations d’agriculteurs sur un territoire virtuel comportant vingt exploitations agricoles. Chaque population représente une proportion donnée des deux types d’agriculteurs, respectivement deux sensibilités au paysage opposées. Les différences significatives observées soulignent la pertinence de considérer la sensibilité au paysage des agriculteurs comme un facteur important de la modification des paysages ruraux.

Ce travail de thèse a pour objet le développement d'un modèle numérique de dispersion de particules biotiques, basé sur la résolution des équations de la couche limite atmosphérique. L'accent est porté sur l'élaboration d'un code capable de simuler des écoulements pour des configurations de paysages hétérogènes, car la dispersion des particules est fortement influencée par la structure même du paysage. Le modèle dynamique utilise les équations de Reynolds simplifiées dans le cadre des hypothèses de Boussinesq et la turbulence est traitée par une approche statistique (modèles k-l et k-s). Le système d'équations mis en place permet de modéliser les principaux processus physiques à deux échelles différentes : la modélisation à grande échelle s'appuie sur la théorie de similitude de Monin et Obukhov, qui permet d'élaborer des lois de paroi pour simuler les transferts turbulents entre la surface apparente et la basse atmosphère ; la modélisation à l'échelle du couvert amène à résoudre explicitement l'écoulement dans la sous-couche rugueuse, définie par une canopée végétale, jusqu'à la surface du sol. La dispersion des particules est traitée par une approche eulérienne, qui considère l'ensemble des particules dans l'écoulement comme un champ de concentration continu, dont l'évolution est décrite par une équation de convection-diffusion. Le code de calcul est d'abord validé à partir de données expérimentales acquises dans diverses configurations, en soufflerie comme in situ : transition de rugosité de surface, turbulence en couvert homogène, alternances couvert-clairière-couvert, diffusion de spores en couvert homogène, diffusion de pollen en paysage discontinu. Une série de simulations est ensuite menée pour analyser l'influence de la structure de divers paysages complexes sur la dispersion de particules.

Les espaces ruraux fournissent des aménités paysagères qui procurent bien-être à leurs usagers. Connaître de tels bénéfices est nécessaire au choix public. Leur évaluation économique doit s'appuyer sur un cadre théorique adéquat : nous retenons l'approche multi-attributs de Lancaster. Le paysage est ainsi considéré comme un bien économique dont les composantes déterminent sa valeur économique. La méthode des choix multi-attributs, retenue dans ce travail, sera appliquée au paysage rural des Monts d'Arrée (Finistère). Touristes et résidents ont été enquêtés afin de tester si le temps passé au contact du paysage explique les différences de valeurs qu'ils lui accordent. Les indicateurs monétaires attendus ont pu être calculés. Deux phénomènes intéressants ont été mis en évidence : un conflit entre usagers et gestionnaires et la présence de satisfaction morale chez les enquêtés. Nous concluons ce travail par une reflexion sur le moyen de gérer de telles situations pour les décideurs.

Pour mesurer la complexite de l'organisation spatiale des ecosystemes qui constituent les plaines fluviales, afin de comparer differents secteurs, nous proposons une modelisation de leur repartition spatiale par images de synthese. Pour cela, nous abordons l'analyse des structures spatiales en ecologie du paysage dans le cadre des statistiques spatiales, en articulant un modele purement spatial, la pyramide stochastique, avec des modeles de fonctionnements ecologiques, les successions temporelles. En effet, la pyramide stochastique est un generateur de patrons spatiaux aleatoires, non stationnaires, non convexes et multicolores. Elle tient son originalite du fait qu'elle utilise les concepts des mosaiques tout en s'inserant dans la theorie des champs aleatoires. Par definition, elle produit une hierarchie de figures, en procedant successivement a une decimation et une expansion recursives des sites du treillis. Nous avons introduit la pyramide stochastique en ecologie, afin de reconstruire des images correspondant a l'organisation spatiale des ecosystemes des plaines fluviales. La premiere etape a consiste a modeliser schematiquement les structures spatiales des ensembles fonctionnels que sont les iles et les chenaux, de facon a formaliser graphiquement toutes les possibilites de successions. Ces schemas theoriques sont transcrits sur des images reelles, en procedant a une partition de tous les elements fonctionnels en zones homogenes, vis-a-vis des coordonnees tant longitudinales (distance amont/aval) que transversales (distance au chenal actif le plus proche, forte courbure). Des probabilites a priori sont alors determinees en fonction des regles schematiques pour chaque zone elementaire. Ensuite, nous construisons une image initiale par un tirage aleatoire, en fonction de ces probabilites. La pyramide stochastique controlee s'attache alors a faire croitre chaque pixel, au cours d'un double processus de decimation et d'expansion, qui tient compte de la partition et des probabilites a priori. Nous simulons ainsi des cartes ecologiques dont les images sont soumises a un test de monte carlo pour mesurer la pertinence du modele. Nous utilisons la capacite de choquet, descripteur des ensembles aleatoires en morphologie mathematique, pour analyser les associations de couleurs, c'est-a-dire, les associations des ecosystemes. Toutes les paires de couleurs sont decrites selon cette methode, ce qui permet de voir graphiquement, comment la capacite de choquet calculee sur une image reelle se comporte par rapport a des images simulees. Toutefois, ceci ne fournit pas une reponse globale, autorisant une comparaison quantitative entre les images. Nous proposons alors une analyse triadique partielle des donnees, qui conduit a une synthese de la capacite de choquet en tenant compte des comportements de toutes les phases. On evalue ainsi globalement la distance entre modele et realite. La comparaison de differents secteurs des plaines fluviales peut alors se faire, non pas en comparant la complexite de leurs representations cartographiques, mais en comparant le degre de complexite des modeles qui assurent leurs simulations

Le but de cette thèse a été d’évaluer l’impact du changement d’utilisation des terres sur la viabilité d’une population d’insecte forestier (Abax parallelepipedus : Coleoptera, Carabidae) à l’échelle du paysage. Sa structure interne a été modélisée à différents niveaux d’observation à l’aide de méthodes d’agrégation des variables appliquées aux modèles matriciels de population de type Leslie multi-régional. Nous montrons que la population peut s’éteindre pour certains seuils critiques de qualité, quantité et de fragmentation des habitats. Nous avons de plus développé un cadre de modélisation pour (i) inférer, à l’aide de modèles de l’espace des états, des paramètres à différent niveaux d’observation, à partir d’une série temporelle de données populationnelles à l’échelle du paysage (ii) à partir des paramètres nouvellement estimés, sélectionner le ou les modèles emboîtés permettant de prédire le plus parcimonieusement le devenir d’une population.

L'objectif de cette thèse est d'identifier et de comprendre les processus liant un ravageur à son habitat afin de limiter la population de ce ravageur. Deux approches peuvent permettre d'étudier l'hétérogénéité spatiale des populations d'une espèce: les statistiques appliquées à des données spatialisées et la modélisation mécaniste. Mon travail de thèse montre l'intérêt de combiner ces deux approches afin de comprendre l'interaction entre traits de vie et dynamique spatiale d'une population. Comprendre les comportements de dispersion nécessite de collecter des données spatiales à l'échelle de l'individu. En combinant une approche statistique par maximum de vraisemblance et un modèle mécaniste sur des données spatialisées que j'ai récoltées sur l'insecte par télémétrie RFID (Radio Frequency IDentification), j'ai montré une forte dépendance du déplacement vis-à-vis des éléments du paysage. Un modèle stochastique individu-centré (COSMOS) a été développé afin de simuler la propagation spatiale et les attaques du charançon en interaction avec les différents éléments du système de culture. Le modèle a été confronté avec succès à des données d'infestation réelles à l'échelle d'une parcelle de bananiers, en comparant les données d'infestation observées aux données simulées. Les propriétés émergentes du modèle ont été explorées en simulant des assemblages spatiaux de bananiers. Par exemple, le modèle a montré que la vitesse de colonisation d'une parcelle est plus importante lorsqu'elle est plantée de manière régulière plutôt qu'en groupes de bananiers. Le modèle a révélé l'importance de la zone de transition entre la bananeraie et la jachère pour l'optimisation du piégeage.

La connaissance du microclimat et de l'évapotranspiration ou flux de chaleur latente qui représente la consommation réelle en eau de la culture à l'échelle des parcelles agricoles est une donnée importante pour comprendre le développement des cultures. La plupart des modèles permettant d'estimer l'évapotranspiration sont utilisés sur des surfaces homogènes sans tenir compte des interactions surface - atmosphère et de la variabilité spatiale du domaine agricole. Nous avons utilisé un modèle de couche limite atmosphérique afin de prendre en compte ces interactions. Une approche dite " patchée " permet d'introduire la variabilité spatiale des surfaces dans le modèle à partir des diverses proportions et des caractéristiques des principaux couverts végétaux qui composent le paysage. Une méthode d'assimilation variationnelle a été implémentée afin d'estimer certains paramètres du modèle difficile à connaître précisément. La méthode est basée sur le calcul de l'adjoint du modèle et utilise une température de surface observée par télédétection. L'approche développée est comparée à des approches plus simples considérant chaque type de surface indépendamment, mettant en évidence le rôle de la prise en compte de la variabilité spatiale de la surface sur la simulation du microclimat et des flux de surface

L'indice foliaire (LAI) est une variable clé pour l'étude du fonctionnement des surfaces végétales car elle conditionne les échanges de carbone et d'eau avec l'atmosphère. Les méthodes de mesures indirectes fournissent des estimations de LAI à partir de mesures de la fraction de trou in situ. Les méthodes d'estimation du LAI par inversion de modèle de réflectance à partir de données satellitaires utilisent généralement des modèles unidimensionnels car ils nécessitent peu de paramètres d'entrée. Dans les deux cas, les modèles reposent sur l'hypothèse que les éléments sont distribués de façon aléatoire au sein du couvert, ce qui est rarement le cas en réalité. Dans ce contexte, le travail réalisé a pour objectif principal d'évaluer l'apport de l'utilisation d'un coefficient d'agrégation dans la simulation du transfert radiatif de couverts végétaux hétérogènes, en vue d'améliorer les estimations de LAI par inversion de modèles turbides. Dans la première partie du travail, nous avons évalué les estimations de LAI fournies par le logiciel de traitement de photographies hémisphériques CAN_EYE, dont l'intérêt principal est d'estimer le LAI avec ou sans prise en compte de l'agrégation des feuilles. L'évaluation a été réalisée par comparaison avec des mesures destructives effectuées sur des cultures de blé, maïs et tournesol. Les résultats montrent que l'utilisation d'un coefficient d‘agrégation permet d'améliorer sensiblement les estimations de LAI. Toutefois, l'analyse suggère que le calcul du coefficient d'agrégation dans CAN_EYE avec la méthode de Lang et Xiang (1986) doit être amélioré. Dans la deuxième partie du travail, nous avons analysé si l'introduction d'un coefficient d'agrégation dans un modèle de réflectance unidimensionnel permettait d'améliorer les simulations de la réflectance bidirectionnelle (FDRB), à l'échelle de la parcelle et du paysage. Pour cela, nous avons pris comme référence des simulations de FDRB issues d'un modèle 3D, le modèle DART (Gastellu et al. , 1996). A l'échelle de la parcelle, nous avons montré l'intérêt du coefficient d'agrégation pour simuler la FDRB d'une parcelle de maïs dans la bande spectrale du rouge. Dans le PIR, l'utilisation d'un modèle unidimensionnel donne de meilleurs résultats. A l'échelle d'un paysage agricole, l'hétérogénéité sub-parcellaire semble être le facteur primordial et sa prise en compte avec un coefficient d'agrégation dans le rouge permet d'améliorer les simulations de la FDRB avec un modèle unidimensionnel. Une étude préliminaire a permis de mettre en évidence que les estimations de LAI par inversion pourraient être sensiblement améliorées si ce coefficient est introduit pour simuler la FDRB dans le visible
The leaf area index (LAI) is a key variable involved in many biophysical processes. Indirect measurements methods provide LAI estimations from in situ gap fraction measurements. Inversion of reflectance models provides LAI estimations from satellite data with high repetitivity on large areas; the models usually used are one-dimensional because few entry parameters are needed. In both cases, these models assume that the foliage elements are randomly distributed, that is not the case in most of the canopies. The main objective of this work is to evaluate if the use of a clumping index in radiative transfer models could improve the simulations for heterogeneous canopies, in order to provide better LAI estimations. In the first part of the work, we evaluate LAI estimations provided by the analysis of hemispherical photographs with the CAN_EYE software; it provides LAI estimations assuming leaves randomly distributed or taking into account the canopy heterogeneity with a clumping index. The evaluation is done by comparison with destructive measurements carried out over wheat, maize and sunflower crops. The main results show that the LAI estimations are improved when using the clumping index, but its calculation with the Lang and Xiang method (1986) must be done with great care according to the species. Possible improvements for its calculation are discussed. The second part of the work concerns the analysis of BRDF simulations at field and landscape scales. Taking BRDF simulations with a 3D model as references (the DART model, Gastellu et al. , 1996), we show first that the use of a clumping index in a one dimensional reflectance model generally improves field BRDF simulations for a maize canopy in the red spectral band. In the near infra red, we have best results when the canopy is considered as homogeneous. At the landscape scale, the changes in agricultural land use seem to be the main factor of heterogeneity and this heterogeneity could be partially taken into account with a clumping factor used to simulate BRDF in the visible spectral band. A preliminary study allows us to conclude that LAI estimations from reflectance models could be improved

Dans une époque dominée par de fortes transformations anthropiques, la recherche de nouvelles approches pour concilier les activités humaines et les écosystèmes naturels devienent de plus en plus importants. En ce sens, les concepts de « Services Ecosystémiques »et de « Systèmes Socio-Ecologiques » sont de plus en plus utilisés dans différentes disciplines scientifiques et sont pris en compte dans les sphères politiques pour attirer l'attention sur les bénéfices que les humains tirent des écosystèmes. Ces concepts conduisent à l'étude des liens complexes entre la société et la nature, où la dimension spatiale et les caractéristiques du paysage ont une forte influence. Cependant, peu d'études ont été appliquées dans le cadre d'une approche spatiale.Cette thèse présente une recherche sur la dimension spatiale des Services Ecosystémiques, en particulier ceux des forêts tempérées des montagnes à la périphérie du Mexico DF. Les écosystèmes jouent un rôle important dans le bien être humaine par le biais de nombreux services écosystémiques. Ces Services Ecosystémiques sont le résultat des interactions complexes entre la nature et la société.Le Valle Central (zone centrale) du Mexique en particulière est un espace prioritaire pour la conservation de la biodiversité du fait du haut degré d’endémisme des espèces de faune et de flore présente. Dans cette zone où se situent plusieurs aires naturelles protégées, une initiative publique-privée cherche à créer une nouvelle catégorie de conservation qui inclut la gestion de toutes ces aires. Cette initiative est connue sous le nom de « Bosque de Agua » (Foret d’eau). Or, au « Bosque de Agua » les enjeux spatiaux entre nature et société font l’objet de pressions anthropiques fortes qui sont dues aux activités minières et agricoles et à l’étalement urbain des grandes conurbations. Dans cet espace, ces pressions entraînent la dégradation des écosystèmes naturels. Des recherches sont nécessaires pour analyser la dimension spatiale des interactions entre la nature et la société, en étudiant la synergie entre les Systèmes-Socio-Ecologiques et Services Ecosystémiques.La thèse introduit le cadre conceptuel utilisé pour étudier les liens entre les Services Ecosystémiques et les Systèmes Socio-Ecologiques. On considère dans cette recherche que les Services Ecosystémiques se trouvent au centre du Système Socio-Ecologique « Bosque de Agua ».Dans la partie sur modélisation spatiale ont été évalué quatre services (la provision d’eau, la provision de bois, la provision de nourriture et la régulation du climat local). Les résultats de cette partie incluent une carte des Services Ecosystémiques en identifiant les zones sensibles « points chauds » (hotspots) des Services Ecosystémiques. Ces résultats rendent explicite dans l'espace, par le biais de régressions pondérées géographiquement, l'impact des caractéristiques du paysage sur les Services Ecosystémiques.Par ailleurs, la cohérence spatiale des aires naturelles protégées et la distribution spatiale des services écosystémiques ont été évaluées en termes de superficie. L'objectif est de créer une typologie des zones naturelles en fonction de la surface des points chauds des Services Ecosystémiques protégés et non protégés.Finalement, un troisième résultat porte sur la perception qu’ont les habitants locaux de la capacité intrinsèque du « Bosque de Agua » de fournir des Services Ecosystémiques. Ce capacité perçu a été évalué par le biais des photoquestionaires effectué sur le terrain
In an era dominated by strong anthropogenic transformations, the search for new approaches to reconcile human activities and natural ecosystems is becoming increasingly important. In this sense, the concepts of "Ecosystem Services" and "Socio-Ecological Systems" are increasingly used in different scientific disciplines and are taken into account in political spheres to draw attention to the benefits that humans derive from ecosystems. These concepts lead to the study of complex links between society and nature, where the spatial dimension and landscape characteristics have a strong influence. However, few studies have been applied in a spatial approach.This thesis presents a research on the spatial dimension of Ecosystem Services, in particulary those of the temperate forests of the mountains on the periphery of Mexico City. Ecosystems have an important role to the human well-being through many ecosystem services. These Ecosystem Services are the result of complex interactions between nature and society.The Central Valley (central zone) of Mexico is a priority area for biodiversity conservation due to the high degree of endemism of the fauna and flora species present. In this zone where several protected natural areas are located, a public-private initiative is seeking to create a new conservation category that includes the management of all these areas. This initiative is known as the "Bosque de Agua" (Water Forest). However, in the "Bosque de Agua" the spatial stakes between nature and society are subject to strong anthropic pressures which are due to mining and agricultural activities and to the urban spread of large conurbations. In this space, these pressures lead to the degradation of natural ecosystems. Research is needed to analyse the spatial dimension of interactions between nature and society, by studying the synergy between Socio-Ecological Systems and Ecosystem Services.The thesis introduces the conceptual framework used to study the links between Ecosystem Services and Socio-Ecological Systems. It is considered in this research that Ecosystem Services are at the centre of the "Bosque de Agua" Socio-Ecological Ecological System.In the spatial modelling section, four Ecosystem Services were evaluated (water supply, wood supply, food supply and local climate regulation).The results of this section include a map of Ecosystem Services by identifying hotspots of Ecosystem Services. These results make explicit in space, through geographically weighted regressions, the impact of landscape characteristics on Ecosystem Services.In addition, the spatial coherence of protected natural areas and the spatial distribution of Ecosystem Services were assessed in terms of area. The objective is to create a typology of natural areas according to the surface area of protected and unprotected Ecosystem Services hotspots.Finally, a third result relates to the perception of local inhabitants of the intrinsic capacity of the "Bosque de Agua" to provide Ecosystem Services. This perceived capacity was assessed through field photo questionnaires

Cette thèse prend place dans le cadre du projet DigiPlante, un effort de recherche pluridisciplinaire entre la Chine et la France sur les thèmes de modélisation, simulation et visualisation de la croissance des plantes. Le corps de la thèse concerne la simulation des interactions entre le modèle de plantes GreenLab et son environnement au sein de paysages hétérogènes. On cherche plus précisément à modéliser, simuler et visualiser l'interaction d'un ensemble de plantes avec les ressources, et en particulier avec les ressources en eau. La thèse a débouché principalement sur la conception d'une architecture de simulation et d'un modèle générique de compétition pour les ressources, et a aussi abouti à une reformulation du modèle de plantes lui-même qui ouvre de nombreuses pistes de développement.

L'etude se place dans le cadre d'un programme hydrologique et pedologique (hyperbav), mene par l'orstom sur un petit bassin versant (1,36 km#2), au nord de la cote-d'ivoire. Le relief est etudie grace a un modele numerique de terrain (mnt) au pas de huit metres; six cartes au 25000eme decrivent chacune une composante du paysage. L'utilisation d'un systeme d'informations geographiques (sig) a permis de combiner ces cartes et de distinguer six paysages caracteristiques sur le bassin. L'etude des fonctionnements elementaires qu'il est utile de prendre en compte pour comprendre celui du bassin versant complet est ensuite entreprise. 150 points d'observation semi-quantitative, repartis sur tout le bassin, permettent d'apprecier l'organisation spatiale des fonctionnements, eux-meme identifies sur quatre stations hydrologiques installees dans des ravines d'erosion. L'association de quelques mesures precises et d'un grand nombre d'observations plus simples s'est averee fructueuse. Le fonctionnement des differentes unites definies a l'aide du sig est caracterise. Les relations fonctionnelles entre ces unites sont etudiees sous l'angle de leur importance dans le determinisme de la genese des crues du bassin versant. L'etude apport des elements de reflexions quant aux techniques adaptees a la modelisation de la relation pluie-debit dans les milieux heterogenes et complexes

L'omniprésence de l'air autour de nous en fait un élément indispensable à prendre en compte pour simuler des phénomènes naturels et concevoir des objets immergés dans ce fluide. En fonction de leur taille et de leur nature, les objets sont des obstacles qui peuvent être transportés, déformés ou ralentis au contact de l'air. Ainsi, le vent érode et modèle les paysages naturels, et les véhicules sont conçus pour lui offrir une moindre résistance. Étudier ces phénomènes implique de comprendre et de modéliser les interactions vent-obstacle. Cette modélisation représente un défi de par la nature non linéaire des équations qui gouvernent l'écoulement des fluides. Représenter précisément le comportement d'un fluide requiert souvent de faire appel à des solveurs très couteux en temps, ce qui limite grandement leur utilisation dans certains contextes. Nous explorons dans cette thèse des méthodes permettant de décrire efficacement ces influences vent-obstacle afin de les simuler et d'anticiper leurs impacts dans deux cas d'usage où le besoin de résultats rapides est crucial :Dans un premier temps, nous nous intéressons à la conception de voiture en proposant un outil fournissant des retours aérodynamiques aux designers automobiles sur les formes qu'ils proposent. Afin de permettre de rapides itérations sur le design, ces retours sur le comportement de l'écoulement autour des formes proposées doivent être interactifs. Dans un second temps, nous étudions différentes approches permettant de modéliser des paysages désertiques, permettant à la fois de simuler des dunes et de décrire les motifs créés par érosion/déposition du sable autour de bâtiments. Ici, l'obstacle, à savoir le terrain, évolue constamment à mesure que le sable est érodé puis déposé par le vent. Le vent doit être à son tour mis à jour lors de chacune de ces étapes. Ces itérations nécessitent une méthode appropriée afin de ne pas produire des temps de calcul trop importants. Nous surmontons ces problèmes en proposant des méthodes cherchant les meilleurs compromis temps de calcul/précision des phénomènes à l'œuvre dans chacun des cas. Nous identifions pour cela les caractéristiques nécessaires de l'écoulement afin de limiter la complexité de nos algorithmes et présentons notamment des méthodes à base d'apprentissage qui nous permettent d'accélérer nos algorithmes. Dans le cas du design de voiture, nous montrons comment entraîner notre système d'aide sur des observations instantanées et synchronisées, plus riches en informations que des données moyennées. Le modèle neuronal que nous obtenons, associé à une paramétrisation apprise des formes, nous permet en outre d'inverser la formulation du problème et de proposer au designer des formes optimisées. Nous assemblons ces outils et démontrons leur efficacité dans le cas de profils 2D. Dans le cas de la modélisation de paysages désertiques, nous notons que la saltation est le mode de transport de sable prédominant, ce qui nous permet de simplifier notre algorithme. Couplé à une simulation rapide de vent, nous obtenons une méthode efficace inspirée des sciences naturelles et de l'informatique graphique. Nous validons nos approximations en comparant nos résultats à des mesures effectuées dans le monde réel. Enfin, dans la perspective d'inverser l'algorithme de dépôt de sable pour le design inverse d'infrastructure, nous décrivons des résultats préliminaires d'accélération de la simulation de d'air en développant une formulation auto-apprenante prédisant un vent moyenné au-dessus d'un terrain. Cette méthode étant basée sur des réseaux de neurones, elle est prometteuse pour le design inverse
The air being ubiquitous around us, it is a vital element to take into account to simulate natural phenomena, and design object immersed in this fluid. Depending on their size and nature, objects can be transported, deformed or slowed down by contact with air. In this way, wind erodes and shapes natural landscapes, and vehicles are designed to offer them less resistance. Studying these phenomena involves understanding and modeling wind-obstacle interactions. This is a challenging task, given the non-linear nature of the equations governing fluid flow. Accurately representing fluid behavior often requires the use of time-consuming solvers, which severely limits their use in certain contexts. In this thesis, we explore methods for efficiently describing these wind-obstacle influences in order to simulate them and anticipate their impacts in two use cases where the need for rapid results is crucial: Firstly, we focus on car design, proposing a tool to provide aerodynamic feedback to car designers on the shapes they propose. To enable rapid iterations on the design, this feedback on the flow behavior around the proposed shapes must be interactive. In a second step, we study different approaches to modeling desert landscapes, both simulating dunes and describing the patterns created by sand erosion/deposition around buildings. Here, the obstacle - the terrain - is constantly changing as sand is eroded and deposited by the wind. The wind must in turn be updated at each of these stages. These iterations require an appropriate method to avoid excessive computation times. We overcome these problems by proposing methods that seek the best compromise between computation time and accuracy of the phenomena at work in each case. We identify the necessary flow characteristics to limit the complexity of our algorithms, and present learning-based methods to speed up our algorithms. In the case of car design, we show how to train our aid system on instantaneous, synchronized observations, which are richer in information than averaged data. The neural model we obtain, combined with a learned parameterization of shapes, enables us to invert the problem formulation and propose optimized shapes to the designer. We assemble these tools and demonstrate their effectiveness in the case of 2D profiles.In the case of modeling desert landscapes, we note that saltation is the predominant mode of sand transport, which enables us to simplify our algorithm. Coupled with a fast wind simulation, we obtain an efficient method inspired by both natural sciences and computer graphics. We validate our approximations by comparing our results with real-world measurements.Finally, with a view to inverting the sand deposition algorithm for reverse infrastructure design, we describe preliminary results for accelerating air simulation by developing a self-learning formulation predicting averaged wind over a terrain. As this method is based on neural networks, it shows promise for inverse design

L'intérêt pour la dispersion des gènes via le pollen a augmenté avec les cultures de plantes génétiquement modifiées. A ce jour, les données expérimentales ainsi que la modélisation portant sur les mouvements du pollen de colza, Brassica napus L., à l'échelle du paysage ne différencie pas clairement la part du vent et des insectes dans cette dispersion. Cependant, l'estimation de la dispersion des gènes par le pollen reste une condition nécessaire pour la gestion des risques d'échappement des (trans-)gènes vers l'environnement et les cultures conventionnelles. A travers cette thèse, nous avons pu mettre en évidence qu'une grande diversité d'insectes pollinisateurs pouvait transporter du pollen viable entre différentes plantes de colza sur des distances importantes (>1.1 km). La diversité d'insectes varie d'une région à l'autre et d'une année sur l'autre. Cependant, bien que la majorité des insectes sur une zone de grande production de colza ait du pollen de cette culture sur leur corps, seulement 39,4 % des insectes capturés sur des plantes mâle-stériles transportent du pollen de colza viable. Bien que nous n'ayons pas pu déterminer avec précision la part du vent et des insectes dans le pollinisation du colza, il semblerait que les insectes participent de façon plus importante à la pollinisation de plantes présentes en bordures de champs, augmentant ainsi le taux de pollinisation croisée. Nos résultats fournissent des données fiables pour améliorer les modèles de dispersion pollinique pour des cultures entomophiles à l'échelle du paysage. Ces modèles sont essentiels pour l'aide à la gestion afin de réduire la dispersion des gènes par le pollen des cultures génétiquement modifiées vers les plantes sauvages ou les cultures conventionnelles

Aujourd'hui l'environnement connaît des bouleversements fondamentaux dus en grande partie à l'action de l'homme sur les milieux. En effet, tandis que les phénomènes climatiques et biophysiques ont été pendant longtemps les moteurs principaux des transformations des surfaces terrestres, l'Homme est aujourd'hui à l'origine de la majeure partie des transformations qui affectent les écosystèmes terrestres. Ainsi, les pratiques des acteurs du territoire jouent un rôle fondamental sur les modifications de l'usage des sols, et par conséquent sur les écosystèmes environnementaux. L'intensification de l'agriculture entraîne une dégradation des milieux " naturels ", et de profonds changements dans les structures paysagères. Dans les régions bocagères, la gestion du réseau de haies joue un rôle déterminant dans la conservation des écosystèmes, de la biodiversité tant faunistique que floristique et également sur la qualité de l'eau, des sols, ... Cette thèse, centrée sur les haies bocagères, porte plus particulièrement sur l'identification de pratiques agricoles territorialisées et sur leur organisation spatio‐temporelle. Les objectifs poursuivis dans cette thèse sont d'étudier les pratiques agricoles effectuées sur les haies en Bretagne à travers leurs interactions avec les structures paysagères, et d'en modéliser le fonctionnement, afin de comprendre comment elles influencent la dynamique du paysage.L'identification et la caractérisation des pratiques agricoles ont été effectuées à partir de l'évaluation de différents types d'images de télédétection à haute et très haute résolution spatiale et de données laser aéroportées LiDAR, en utilisant une approche de classification contextuelle orientée‐objets. La modélisation des pratiques agricoles a été réalisée avec un modèle multi‐agents, afin de prendre en compte la dimension spatiale des jeux d'acteurs pour évaluer l'influence des pratiques agricoles sur l'évolution du réseau de haies. Les résultats de l'observation du réseau bocager à partir des données de télédétection mettent en avant leur complémentarité : la caractérisation de la continuité des haies à un niveau fin est rendue possible grâce aux images à très haute résolution spatiale, tandis que la détermination et la cartographie des pratiques agricoles à l'échelle de l'arbre peut être appréhendée à partir de données laser aéroportées de type LiDAR. L'observation et la caractérisation du réseau de haies ont permis de déterminer l'arrangement spatial des structures boisées en prenant en compte non plus seulement la présence des éléments mais également leur emprise dans le paysage et leur agencement au sein de la dynamique temporelle des successions culturales. Le modèle multi‐agents développé a permis d'analyser l'influence des pratiques agricoles sur la dynamique du paysage, et de déterminer l'importance de décisions prises au niveau local sur l'évolution du réseau de haies à une échelle supérieure

Après 50 ans d’avancée des fronts pionniers, l’Amazonie orientale brésilienne aborde une phase de transition agraire. Face à la fermeture de la frontière limitant l’accès au foncier et à la fertilité forestière, les éleveurs bovins ont initié un mouvement d’intensification de l’usage des sols. Malgré les enjeux environnementaux que soulèvent de tels changements, cette dynamique d’intensification est encore mal comprise, notamment dans sa dimension spatiale et dans sa capacité à favoriser des paysages éco-efficients, c’est-à-dire des paysages au sein desquels les pratiques et leur localisation optimiseraient l’utilisation des ressources naturelles. Pour adresser ces questions, cette thèse propose de décrire et modéliser les interactions entre le système de décision des exploitants, les paysages et leurs ressources dans une diversité de fermes d’élevage.Dans un premier temps, un travail de terrain a été conduit dans deux territoires au sud et sud-est de l’Etat du Pará, Paragominas et Redenção. A partir d’enquêtes et d’une analyse des trajectoires d’exploitation et des paysages, nous avons caractérisé six types de stratégies d’intensification, qualifié leurs effets sur un certain nombre de ressources naturelles et étudié les perceptions des éleveurs sur ces ressources. Dans un deuxième temps, nous avons développé un modèle multi-agents afin de simuler sur 20 ans les effets des stratégies d’intensification sur les paysages et leurs ressources et évaluer la faisabilité d’adoption de ces stratégies dans différentes situations agraires. Le modèle a été utilisé pour explorer deux scénarios d’intensification : l’un semi-intensif basé uniquement sur une conduite améliorée des pâturages, et l’autre intensif basé sur l’intégration agriculture-élevage et l’irrigation.Les résultats montrent que le processus d’intensification conduit à une reconfiguration des usages des sols dans les paysages. Après une phase de colonisation où l’occupation des sols était essentiellement guidée par l’appropriation du foncier, les éleveurs ont tendance à intensifier les parcelles aux conditions biophysiques les plus favorables à la production fourragère et les plus proches et accessibles. Ces stratégies visent à mieux valoriser diverses ressources naturelles (topographie, fertilité et drainage des sols, eau de surface ou souterraine pour l’irrigation) et à optimiser les déplacements. Les éleveurs choisissent toutefois différentes pratiques et agencements spatiaux en fonction de la situation agraire de l’exploitation et du degré d’hétérogénéité de l’environnement biophysique. Par ailleurs, les sorties des simulations soulignent que le processus d’intensification permet de réduire les besoins en surface fourragère pour un même niveau de production animale. Les éleveurs sont ainsi capables d’augmenter la taille de leur troupeau tout en régénérant des forêts sur les zones sensibles et marginales. Cependant, faute de main d’œuvre disponible, le processus d’intensification reste limité dans l’espace. En termes d’évolution des paysages, les éleveurs positionnent différemment les usages des sols en fonction du type d’unités géomorphologiques, ce qui se traduit par une dynamique spatio-temporelle des ressources naturelles contrastée.Concilier élevage et forêt dans des paysages éco-efficients constitue un défi important pour la région amazonienne. A cet effet, cette thèse montre l’importance de raisonner les espaces voués à l’intensification et à la conservation en tenant compte des projets des exploitations et des effets de leurs pratiques et de leur agencement sur les ressources naturelles. Elle identifie plusieurs leviers et blocages pour accompagner cette transition. Enfin, elle suggère de futures perspectives de recherche portant sur la compréhension des décisions, la modélisation et l’élargissement de l’échelle d’analyse afin d’apprécier l’influence de facteurs externes sur les stratégies et intégrer un plus grand nombre d’interactions écologiques et sociales
After 50 years of agricultural expansion in Eastern Brazilian Amazon, environmental policy to reduce deforestation and a set of socio-economic drivers are putting constraints on extensive cattle ranching systems. In response, land use intensification has been gaining momentum as a way to improve livestock production in limited land areas and conserve forest. The process of land-use intensification is poorly understood in this region, particularly in its spatial dimension and in its contribution towards building eco-efficient landscapes, i.e. landscapes where practices and their spatial distribution optimize the use of natural resources. In this regard, the purpose of this research is to document and model the interactions between cattle ranchers’ decisions, landscapes and natural resources in a diversity of cattle farms.Firstly, we conducted a field research in two livestock-oriented regions of Pará state, Paragominas and Redenção. Drawing on interviews, landscape and farm trajectories analysis, we characterized six patterns of intensification, studied what perceptions cattle ranchers have on certain types of natural resources and described the effects of land-use management on such resources. Secondly, we developed an Agent-Based Model to simulate over 20 years the effects of intensive farming strategies on landscape and their natural resources, and assess the feasibility of adopting such management in various agrarian situations. We used the model to compare two scenarios of intensification: one semi-intensive solely based on improved pasture managenement and one intensive based on crop-livestock integration and irrigation.The results show that the process of intensification has led to a spatial rearrangement of land uses. Cattle ranchers prefer to intensify fields with the best biophysical conditions for forage production, as well as those closest to and most accessible from the farmstead. The intensification strategies aim at enhancing the use of multiple natural resources (topography, soil fertility, soil drainage, access to surface and groundwater for irrigation) and optimizing land-use configuration at farm scale. By contrast, during the colonization period, land-use organization was much less correlated to the spatial distribution of natural resources (except for soil fertility from forest ash and surface water), the main goal of farmers being land appropriation. Nevertheless, choice of farming practices and their spatial location differ among farms and according to the degree of heterogeneity of biophysical conditions. Moreover, simulation results show that the process of intensification can reduce the area necessary for animal production. Thus, cattle ranchers can increase herd size while sparing land for forest regeneration. However, low labor availability limits the spatial extent of land-use intensification at farm scale. In terms of landscape dynamics, cattle ranchers locate land-uses according to geomorphological units differently, which leads to various spatio-temporal dynamics of natural resources.Reconciling cattle ranching production and forest conservation in eco-efficient landscape remains an important challenge for Brazilian Amazon. The findings illustrate the importance of assessing the landscape areas most suitable for agricultural intensification and for conservation drawing on knowledge about cattle ranchers projects and the effects of their practices and spatial location on natural resources. Several opportunities and challenges are identified to tackle such challenge. New research perspectives related to decisions understanding, modeling and extension of the scale of analysis are proposed in order to take into account the influence of external factors on decisions and include more ecological and social interactions

La biodiversité dans les paysages dépend des caractéristiques de ce paysage mais peut aussi être influencée par son histoire. En effet, certaines espèces ne réagissent pas immédiatement à une perturbation mais peuvent montrer un temps de réponse plus ou moins long. De ce fait, la prise en compte de l'évolution de l'habitat des espèces est devenue un enjeu important en écologie depuis quelques années, pour mieux comprendre la présence ou la diversité biologique actuelle. L'objectif de cette thèse en géomatique s'inscrit dans ce contexte applicatif d'écologie historique. Le sujet que nous traitons porte sur l'extraction automatique d'îlots boisés et la caractérisation de leur évolution spatio-temporelle depuis le milieu du XIXe siècle pour modéliser l'effet de leur trajectoire historique sur la diversité actuelle en syrphes forestiers (Diptera : Syrphidae). Le site d'étude est un paysage agri-forestier des Coteaux de Gascogne. La démarche générale proposée se compose de trois étapes principales : (1) la constitution de la base de données spatiales des îlots boisés intégrant plusieurs sources de données hétérogènes, (2) l'appariement des îlots boisés aux différentes dates avec la caractérisation de leur évolution spatio-temporelle, (3) la modélisation statistique des relations espèces-habitats intégrant l'histoire comme un des facteurs explicatifs de la diversité en syrphes observée. Plusieurs contributions méthodologiques ont été apportées à cette démarche. Nous avons proposé une nouvelle méthode de correction géométrique fondée sur la régression ridge à noyau pour rendre compatible les données spatiales anciennes et actuelles mobilisées. Nous avons également développé une approche et un outil de vectorisation automatique des forêts dans les dessins-minutes de la carte d'Etat-Major du XIXe siècle. Enfin, une première évaluation de l'impact de l'incertitude spatiale sur la réponse des modèles espèces-habitats a également été initiée. D'un point de vue écologique, les résultats ont révélé un effet significatif de la continuité temporelle des habitats sur la diversité en syrphes forestiers. Nous avons montré que les forêts les plus isolées présentaient une dette d'extinction ou un crédit de colonisation selon le type d'évolutions apparues au cours de la dernière période étudiée (1979-2010). Il s'est avéré qu'une durée de 30 ans n'était pas suffisante aux syrphes forestiers pour qu'ils retrouvent un été d'équilibre à la suite d'une évolution spatiale de leur habitat isolé
Biodiversity in landscapes depends on landscape spatial patterns but can also be influenced by landscape history. Indeed, some species are likely to respond in the longer term to habitat disturbances. Therefore, in recent years, landscape dynamics have become a possible factor to explain current biodiversity. The aim of this thesis in GIS is part of this historical ecology context. We are dealing with automatic extraction of forest patches and characterization of their spatiotemporal evolution. The objective is to evaluate forest dynamics effects on current diversity of forest hoverflies. (Diptera: Syrphidae) in the agri-forestry landscape of Coteaux de Gascogne. The proposed general approach consists of three main steps: (1) the forest spatial database production from heterogeneous sources, (2) forest patches matching and characterization of their spatiotemporal evolution, (3) species-habitat modeling while integrating history as one of the factors likely to explain hoverflies diversity. Several methodological contributions were made. We proposed a new geometric correction approach based on kernel ridge regression to make consistent past and present selected data sources. We also developed an automatic extraction approach of forest from Historical Map of France of the 19th century. Finally, spatial uncertainty effects on ecological models responses have been assessed. From an ecological viewpoint, a significant effect from historical continuity of patches on forest hoverflies diversity was revealed. The most isolated fragments presented an extinction debt or a colonization credit according to area dynamics occurred in the last time-period (1970-2010). As it turns out, 30 years was not sufficient for forest hoverflies to reach new equilibrium after isolated habitat changes

Les sciences qui traitent de la réalité, qu'elles soient naturelles, de la société ou de la vie, fonctionnent avec des modèles. Une partie de ces modèles décrivent les relations entre certaines grandeurs mesurables de la réalité, sans aller jusqu'au détail des interactions entre les éléments qui la composent. D'autres modèles décrivent ces interactions en prenant le point de vue des individus qui constituent le système, le comportement global n'est alors plus décrit à priori, mais observé à posteriori. Nous faisons le constat que dans les deux cas le scientifique a peu de liberté pour décrire les structures, en particulier spatiales, susceptibles de porter ces interactions. Nous proposons une approche de modélisation que l'on peut situer à mi-chemin entre les deux, et qui incite à étudier un système à travers la nature de ses interactions et des structures de graphes qui peuvent les porter. En plaçant au même niveau les relations spatiales, fonctionnelles, sociales ou hiérarchiques, nous tentons aussi de nous affranchir des contraintes induites par le choix effectué souvent à priori d'une forme de représentation de l'espace. Nous avons formalisé les concepts de base de cette approche, et ceux-ci ont constitué les éléments d'un langage métier, nommé Ocelet, que nous avons défini. Les outils permettant la mise en œuvre de ce langage ont été développés et intégrés sous la forme d'un environnement de modélisation et de simulation. Enfin nous avons pu expérimenter notre nouvelle approche de modélisation et le langage Ocelet à travers la réalisation de plusieurs modèles présentant des situations variées de dynamiques paysagères
Sciences dealing with reality be it related to nature, society or life, use models. Some of these models describe the relations that exist between measurable properties of that reality, without detailing the interactions between its components. Other models describe those interactions from the point of view of the individuals that form the system, in which case the overall behaviour is not defined a priori but observed a posteriori. In both cases, it can be noted that the scientist is often limited in its capacity to describe the structures, especially those spatial, which support the interactions. We propose a modelling approach that can be considered intermediate, where the system is studied by examining the nature of the interactions involved and the graph structures needed to support them. By unifying the description of spatial, functional, social or hierarchical relationships, we attempt to lift constraints induced by the form of spatial representation that are often chosen a priori. The basic concepts of this approach have been formalized, and were used to define and build a domain specific language, called Ocelet. The tools related to the implementation of the language have also been developed and assembled into an integrated modelling and simulation environment. It was then possible to experiment our new modelling approach and the Ocelet language by developing models for a variety of dynamic landscapes situations

La présente thèse relève et analyse le paradoxe de la coexistence au Cameroun des facteurs tels : un potentiel naturel important, un mouvement paysan dynamique, un contexte macroéconomique favorable et une persistance de la pauvreté rurale. Elle révèle un parallélisme à vitesse différée et à géométrie variable entre les tendances de croissance macroéconomiques et celle de réduction de la pauvreté. Les courbes tendancielles du taux de croissance et de l'indice de développement humain, estimées à partir d'une équation linéaire simple de type Y = ax+b, montrent que la réduction de la pauvreté est moins rapide que la croissance économique. De plus, elle est plus lente en zone rurale qu'en milieu urbain. L'étude propose un modèle intégré de développement qui privilégie la participation des populations rurales.

Dans un contexte de planification de l’utilisation des terres à l’échelle régionale, la cartographie des systèmes agricoles - espèces cultivées et pratiques culturales - permet de suivre ce qui est produit, où et comment, et constitue donc un élément essentiel d’évaluation régionale de la production et de son impact sur l’environnement. La production d’information sur les systèmes agricoles nécessite généralement beaucoup de données et d’expertise. Cette information est donc très hétérogène en quantité et en qualité dans l'espace et le temps, la disponibilité et les mises à jour étant extrêmement variables selon les pays et les régions. La télédétection, de par sa capacité à fournir une information spatiale synoptique sur l’état et la dynamique de la végétation à partir des images satellitaires, constitue un outil précieux pour le suivi de l’agriculture. Toutefois, la conversion des images en produits cartographiques à l’échelle régionale reste encore du domaine de la recherche pour de nombreuses applications. Cette thèse propose des développements méthodologiques originaux dans une approche multiscalaire semi-automatique basée sur le traitement et l’analyse d’imagerie satellitaire optique pour la cartographie et la caractérisation des systèmes agricoles à l’échelle régionale. L’approche est composée de deux méthodes principales : (i) stratification régionale en unités de paysage et classification de ces unités pour produire une carte de systèmes d’utilisation agricole des terres ; (ii) segmentation à l’échelle de la parcelle et classification non supervisée des segments par une méthode de « landscape-clustering » pour produire une carte de systèmes de culture. Les méthodes ont été développées sur une région d’agriculture intensive, l’État brésilien du Tocantins, où le domaine cultivé, ainsi que les principaux systèmes d’utilisation agricole des terres et systèmes de culture ont été cartographiés avec succès à partir d’une série annuelle d’images NDVI-MODIS et d’une mosaïque d’images Landsat. La reproductibilité de l’approche a ensuite été évaluée au Burkina Faso, où les paysages sont façonnés par la petite agriculture familiale. Seul le domaine cultivé a pu être cartographié avec des résultats satisfaisants, mettant en évidence les limites de ces méthodes et de l’offre actuelle en imagerie satellitaire face aux spécificités contraignantes de ce type d’agriculture pour la télédétection. Les cartes résultantes ont été évaluées avec des données de vérité terrain et des statistiques agricoles, et comparées à d’autres produits cartographiques existants. Les résultats de cette thèse montrent le potentiel de la nouvelle méthode de stratification régionale en unités de paysage qui, à partir de séries temporelles de NDVI et combinée à la méthode de classification de « landscape-clustering », contribue à améliorer de façon significative la discrimination des espèces cultivées et des pratiques agricoles, et permet de représenter les systèmes agricoles à différents niveaux d’organisation spatiale. L’originalité des méthodes développées réside principalement dans la simplicité de leur mise en œuvre. Elles sont presque exclusivement basées sur des données satellitaires et nécessitent peu d’intervention « experte » et de données externes, ce qui leur confère un fort potentiel de reproductibilité. Cette thèse contribue ainsi, avec ces nouvelles méthodes, au développement d'outils génériques pour soutenir le suivi de l’agriculture à grande échelle et fournir des produits d’aide à la décision pour une planification raisonnée de l'utilisation des terres
: In a context of regional land-use planning, agricultural systems’ mapping - crop types and cropping practices – allows monitoring of what is being produced, where and how, and therefore represents a key element for regional assessment of the agricultural production and its environmental impact. The production of information on agricultural systems generally requires a lot of data and expertise. This information is thus very heterogeneous in quantity and quality in space and time, the availability and updates being extremely variable between countries and regions. Remote sensing, through its ability to retrieve synoptic spatial information on the state and dynamics of vegetation from satellite images, represents a valuable tool for agricultural monitoring. However, the conversion of images into regional-scale map products remains a field of research for many applications. This thesis presents original methodological developments in a semi-automatic multiscale approach based on the processing and analysis of optical satellite imagery for the mapping and characterization of agricultural systems at regional scale. The approach is composed of two main methods: (i) regional stratification into landscape units and classification of these units to produce a map of agricultural land-use systems; (ii) field-level segmentation and unsupervised classification of the segments by a “landscape-clustering” method to produce a cropping systems’ map. The methods were developed on a region of intensive agriculture, the Brazilian state of Tocantins, where the cultivated area, as well as the main agricultural land-use systems and cropping systems were successfully mapped from an annual NDVI-MODIS time series and a mosaic of Landsat images. The reproducibility of the approach was then assessed in Burkina Faso, where landscapes are shaped by the smallholder agriculture. Only the cultivated area could be mapped with satisfactory results, highlighting the limitations of these methods and the current offer in satellite imagery given the challenging specificities of this type of agriculture for remote sensing. The resulting maps were assessed with ground-truth data and agricultural statistics, and compared to other existing maps. The results of this thesis show the potential of the new method of regional stratification into landscape units which, based on NDVI time series and combined to the unsupervised “landscape-clustering” classification method, contributes to significantly improve discrimination of crop types and agricultural practices, and allows representing the agricultural systems at different levels of spatial organization. The originality of the developed methods lies mainly in the simplicity of their implementation. They are almost exclusively based on satellite data and require little “expert” intervention and external data, which gives them a high reproducibility potential. Thereupon, this thesis contributes, with these novel methods, to the development of generic tools to support large-scale monitoring of agriculture and to provide decision-support products for reasoned land-use planning

Soumis à une pression anthropique croissante, les paysages naturels en Algérie subissent à l’heure actuelle des modifications importantes dans leur composition et leur structure. Ce travail vise à comprendre les transformations des paysages végétaux et mettre en évidence leurs dynamiques spatio-temporelles. Le parc national de Taza (3807 ha), haut lieu de la biodiversité en Algérie et Réserve de la Biosphère a servi de site d’expérimentation à la modélisation proposée. L’utilisation conjointe de la statistique et de la géomatique a offert des outils performants pour analyser et modéliser les changements de structure et de composition des habitats naturels. Dans un premier temps les relevés floristiques ont permis de caractériser leur composition. Six associations végétales ont été identifiées avec une tendance à la matorralisation des formations forestières. Le recours dans un second temps aux images satellites Landsat a permis de réaliser un suivi des Land use/Cover Changes entre 2003 et 2011. On y constate une augmentation de 15,22 % des surfaces de matorral contre un recul de 188,57 ha de forêts sclérophylles et de 348,15 ha de forêts à chêne caduc. La calibration du modèle de simulation s’est révélée délicate d'autant plus que l’évaluation des relations entre les changements observés et les facteurs explicatifs a mis en relief la complexité des interdépendances au sein des écosystèmes méditerranéens. L’évaluation du modèle a fait ressortir la complexité des phénomènes étudiés et les limites des données disponibles. Néanmoins, cela nous a permis de confirmer les tendances d’évolution paysagère observées. Globalement, ce travail a permis d’établir une cartographie récente de l’occupation du sol, de mettre en place une base de données sur les habitats naturels et les LUCC et de développer un modèle de simulation prospective des paysages végétaux. Malgré les limites rencontrées, cette étude a voulu faire le pari d'une approche pertinente des dynamiques paysagères par modélisation prospectives en Algérie, qui sera extrêmement utile dans la gestion des espaces naturels sensibles
Under increasing human pressure, natural landscapes in Algeria currently undergoing changes in their composition and structure. This work aims to understand the transformation of landscape plants and highlight their spatio-temporal dynamics. Taza National Park (3807 ha) high biodiversity hotspot in Algeria and Biosphere Reserve served as an experimental site for the proposed modeling. The joint use of statistics and geomatics has provided powerful tools to analyze and model the changes in the structure and composition of natural habitats. Initially the floristic surveys were used to characterize their composition. Six vegetation associations were identified with a tendency to matorralisation forest formations. The use in a second time of Landsat images has achieved a track record Land use / Cover Changes between 2003 and 2011. It has been noticed that there has been an increase of 15.22% surfaces scrub against a decline of 188.57 ha of sclerophyllous forests and 348.15 ha of forest deciduous oak. The calibration of the simulation model proved difficult especially as the evaluation of the relationship between observed and explanatory factors highlighted the complexity of interdependencies in Mediterranean ecosystems. The model evaluation highlighted the studied phenomena complexity and the limitations of available data. Nevertheless, this has allowed us to confirm the trends observed landscape evolution.Overall, this work has enabled a recent mapping of the land, establishing a database on natural habitats and LUCC and developing a forward simulation model of landscape plants.Despite the limitations encountered, this study wanted to be a relevant approach by prospective landscape dynamics modeling in Algeria, which will be extremely useful in the management of sensitive natural areas

Bénéficiaires de la réforme agraire des années 1960, les communautés indigènes situées au pied du volcan Cayambe, connaissent depuis deux décennies des transformations territoriales radicales. Ces transformations se sont intensifiées principalement à cause de l’intégration verticale des petits producteurs ruraux dans les chaines de production laitières par plusieurs industries agroalimentaires du pays. Ce modèle dominant dans la zone nord Andine favorise la diminution des couts de production et des risques pour les entreprises capitalistes venues opérer sur le territoire. Mais il confronte les agricultures familiales à un processus de déterritorialisation qui s’accélère avec la consolidation du pouvoir agroindustriel.En mobilisant une approche sociologique combinée à une analyse territoriale, cette recherche propose d’étudier les transformations économico-productives et socio organisationnelles qu’a subit le territoire depuis le début du XXème siècle pour ensuite déterminer et mesurer à quelle étape du processus de déterritorialisation sont confrontées aujourd'hui les agricultures familiales de Cayambe. La mise en évidence d'un processus de différenciation sociale associé à une recomposition des rapports de forces présents sur le territoire va nous permettre de discuter de la capacité des acteurs locaux à résister à cette dynamique de déterritorialisation et, par voie de conséquence, leurs possibilités de développer des stratégies qui leur permettent de récupérer le contrôle de leur territoire
Beneficiaries of land reform, indigenous communities located at the foot of Cayambe volcano are witness for almost two decades of territorial changes caused by theexpansion of the agro-industrial activity. Indeed, contract farming which considers smalls rural producers within the dairy production lines of several food industries, is the dominant model in the region. This kind of farming also promotes the reduction of production costs and the risks for the capitalist enterprises operating on the territory. Nevertheless, family farms would face a growing process of desterritorialisation that is increasing with the consolidation of agribusiness power and threatening to Andean community traditions, which are however vital in the process of the territorial construction and reconstruction. Are there still differentiated responses levels of family farmers to face to territorial changes and production-driven strategies led by agribusiness in the Ecuadorian Andes?

L'évolution historique des types et techniques de production agricole a causé celle de l'organisation paysagère, via les parcellaires notamment. Les bordures de parcelles créent des discontinuités dans les processus d'érosion-dépôt de sol. L'objectif est ici de comprendre l'effet du parcellaire et de son évolution sur la distribution actuelle des sols et la morphologie des versants. Un versant cultivé (16 ha) dans le SW du Bassin Parisien a été étudié. La distribution spatiale de figures morphologiques linéaires et de l'épaisseur des sols a été analysée. Les deux types de figures identifiés correspondent à des épaississements de sols (dépôts) induits par des bordures de parcelles, pérennes depuis plusieurs siècles pour les premières, et disparues en 1967 (remembrement) pour les secondes. Ces épaississements ont été cartographiés grâce à une analyse statistique (CART) de la morphologie du versant. L'étude de traceurs granulométriques et minéralogiques (SEDI) a permis d'identifier les processus d'érosion-dépôt impliqués. La solifluxion périglaciaire puis le ruissellement auraient affecté l'ensemble du versant avant la pérennisation d'un parcellaire. Puis, des processus hydriques et aratoires ont agi dans des unités (parcelles) fixées par des bordures : les plus pérennes (1000 ans) montrent les dépôts les plus marqués (banquettes). La distribution spatiale du 137Cs et sa conversion en taux d'érosion (modélisation numérique) ont permis d'évaluer l'implication relative des processus hydriques (15%) et aratoires (85%) depuis 1954. Le remembrement parcellaire de 1967 s'avère avoir favorisé l'érosion des sols, convertissant des zones de rétention en zones sources (ondulations).

Cette thèse porte sur des rapports animés entre les paysan.ne.s et leurs plantes dans les champs français. Pour certains, les plantes sont des êtres sensibles et intelligentes, pour d’autres, elles sont des êtres de travail, des êtres d’accompagnement, des êtres de jeu, des êtres de souffrance. Certain.e.s paysan.ne.s parlent à leurs plantes, d’autres tissent des relations d’amour, et se laissent instruire par leurs plantes sur les manières de les cultiver dans les champs. En décrivant ces rapports, la thèse montre que grâce aux relations sensibles que tissent ces paysan.ne.s avec leurs plantes, ils/elles les animent en laissant de côté les épistémologies naturalistes. En prenant ces propos au sérieux, littéralement, la thèse défend l’hypothèse selon laquelle, pour éviter que le monde agricole ne se transforme en véritable ruine, il ne faut plus chercher à « produire autrement », mais il faut rompre avec le paradigme de production pour ancrer les paysan.ne.s et leurs plantes dans des rapports co-évolutifs. En plongeant dans l’histoire de la modernité, c’est-à-dire en revisitant le conflit qui opposait le monde paysan d’un côté et le monde moderne de l’autre, avec l’arrivée des physiocrates parmi les instances intellectuelles et politiques françaises, cette thèse montre que le concept de production relève d’une approche universaliste et naturalisée qui s’est imposée sans aucun fondement empirique dans le monde agricole et dans le monde moderne plus largement
This thesis deals with animated relationships between peasants and their plants in French fields. For some, plants are sentient and intelligent beings, for others they are working beings, accompanying beings, game beings, suffering beings. Some peasants speak to their plants, others weave loving relationships, and let their plants teach them how to cultivate them in the fields. In describing these relationships, the thesis shows that, thanks to the sensitive relations that these peasants weave with their plants, they animate them by leaving naturalist epistemologies aside. By taking these words seriously, literally, the thesis defends the hypothesis that, in order to prevent the agricultural world from becoming ruins, we must no longer seek to "produce differently", but we must break with the paradigm of production to anchor peasants and their plants in co-evolutionary relationships. By plunging into the history of modernity, that is to say by revisiting the conflict between the peasant world on one side and the modern world on the other, with the arrival of the physiocrats among the French intellectual and policy-making bodies, this thesis shows that the concept of production is based on a universalist and naturalized approach that has been imposed without any empirical basis in the agricultural world and in the modern world more widely

Cette thèse porte sur la résolution de problèmes de décision séquentielle sous incertitude,modélisés sous forme de processus décisionnels de Markov (PDM) dont l’espace d’étatet d’action sont tous les deux de grande dimension. La résolution de ces problèmes avecun bon compromis entre qualité de l’approximation et passage à l’échelle est encore unchallenge. Les algorithmes de résolution dédiés à ce type de problèmes sont rares quandla dimension des deux espaces excède 30, et imposent certaines limites sur la nature desproblèmes représentables.Nous avons proposé un nouveau cadre, appelé PDMF3, ainsi que des algorithmesde résolution approchée associés. Un PDMF3 est un processus décisionnel de Markov àespace d’état et d’action factorisés (PDMF-AF) dont non seulement l’espace d’état etd’action sont factorisés mais aussi dont les politiques solutions sont contraintes à unecertaine forme factorisée, et peuvent être stochastiques. Les algorithmes que nous avonsproposés appartiennent à la famille des algorithmes de type itération de la politique etexploitent des techniques d’optimisation continue et des méthodes d’inférence dans lesmodèles graphiques. Ces algorithmes de type itération de la politique ont été validés sur un grand nombre d’expériences numériques. Pour de petits PDMF3, pour lesquels la politique globale optimale est disponible, ils fournissent des politiques solutions proches de la politique globale optimale. Pour des problèmes plus grands de la sous-classe des processus décisionnels de Markov sur graphe (PDMG), ils sont compétitifs avec des algorithmes de résolution de l’état de l’art en termes de qualité. Nous montrons aussi que nos algorithmes permettent de traiter des PDMF3 de très grande taille en dehors de la sous-classe des PDMG, sur des problèmes jouets inspirés de problèmes réels en agronomie ou écologie. L’espace d’état et d’action sont alors tous les deux de dimension 100, et de taille 2100. Dans ce cas, nous comparons la qualité des politiques retournées à celle de politiques expertes. Dans la seconde partie de la thèse, nous avons appliqué le cadre et les algorithmesproposés pour déterminer des stratégies de gestion des services écosystémiques dans unpaysage agricole. Les adventices, plantes sauvages des milieux agricoles, présentent desfonctions antagonistes, étant à la fois en compétition pour les ressources avec la cultureet à la base de réseaux trophiques dans les agroécosystèmes. Nous cherchons à explorerquelles organisations du paysage (ici composé de colza, blé et prairie) dans l’espace etdans le temps permettent de fournir en même temps des services de production (rendementen céréales, fourrage et miel), des services de régulation (régulation des populationsd’espèces adventices et de pollinisateurs sauvages) et des services culturels (conservationd’espèces adventices et de pollinisateurs sauvages). Pour cela, nous avons développé unmodèle de la dynamique des adventices et des pollinisateurs et de la fonction de récompense pour différents objectifs (production, maintien de la biodiversité ou compromisentre les services). L’espace d’état de ce PDMF3 est de taille 32100, et l’espace d’actionde taille 3100, ce qui en fait un problème de taille conséquente. La résolution de ce PDMF3 a conduit à identifier différentes organisations du paysage permettant d’atteindre différents bouquets de services écosystémiques, qui diffèrent dans la magnitude de chacune des trois classes de services écosystémiques
This PhD thesis focuses on the resolution of problems of sequential decision makingunder uncertainty, modelled as Markov decision processes (MDP) whose state and actionspaces are both of high dimension. Resolution of these problems with a good compromisebetween quality of approximation and scaling is still a challenge. Algorithms for solvingthis type of problems are rare when the dimension of both spaces exceed 30, and imposecertain limits on the nature of the problems that can be represented.We proposed a new framework, called F3MDP, as well as associated approximateresolution algorithms. A F3MDP is a Markov decision process with factored state andaction spaces (FA-FMDP) whose solution policies are constrained to be in a certainfactored form, and can be stochastic. The algorithms we proposed belong to the familyof approximate policy iteration algorithms and make use of continuous optimisationtechniques, and inference methods for graphical models.These policy iteration algorithms have been validated on a large number of numericalexperiments. For small F3MDPs, for which the optimal global policy is available, theyprovide policy solutions that are close to the optimal global policy. For larger problemsfrom the graph-based Markov decision processes (GMDP) subclass, they are competitivewith state-of-the-art algorithms in terms of quality. We also show that our algorithmsallow to deal with F3MDPs of very large size outside the GMDP subclass, on toy problemsinspired by real problems in agronomy or ecology. The state and action spaces arethen both of dimension 100, and of size 2100. In this case, we compare the quality of thereturned policies with the one of expert policies. In the second part of the thesis, we applied the framework and the proposed algorithms to determine ecosystem services management strategies in an agricultural landscape.Weed species, ie wild plants of agricultural environments, have antagonistic functions,being at the same time in competition with the crop for resources and keystonespecies in trophic networks of agroecosystems. We seek to explore which organizationsof the landscape (here composed of oilseed rape, wheat and pasture) in space and timeallow to provide at the same time production services (production of cereals, fodder andhoney), regulation services (regulation of weed populations and wild pollinators) andcultural services (conservation of weed species and wild pollinators). We developed amodel for weeds and pollinators dynamics and for reward functions modelling differentobjectives (production, conservation of biodiversity or trade-off between services). Thestate space of this F3MDP is of size 32100, and the action space of size 3100, which meansthis F3MDP has substantial size. By solving this F3MDP, we identified various landscapeorganizations that allow to provide different sets of ecosystem services which differ inthe magnitude of each of the three classes of ecosystem services

La Fièvre de la Vallée du Rift (FVR) est une zoonose observée pour la première fois au Kenya en 1930 qui s'est peu à peu propagée à la plupart des pays d'Afrique. La FVR est une maladie à transmission vectorielle dont le virus appartient au genre Phlebovirus de la famille des Bunyaviridæ. En Afrique de l'Est, l'émergence de foyers est prédite par des modèles statistiques, ce qui n'est pas le cas en Afrique de l'Ouest où les facteurs et les mécanismes en jeu sont encore mal définis. L'objectif de cette thèse est d'identifier les facteurs et les processus épidémiologiques expliquant l'émergence de foyers de FVR au Sénégal, en mettant en œuvre une approche éco-épidémiologique centrée sur les principaux moustiques vecteurs du virus. Par l'étude de variables environnementales et climatiques et par leur exploitation dans des modèles mathématiques, nous avons tenté de répondre à deux questions épidémiologiques majeures : (1) quelles sont les zones potentiellement à risque, et (2) quelles sont les périodes favorables à l'apparition de foyers. L'étude a été menée à l'échelle locale, dans une zone d'environ 10 km2 autour du village de Barkedji situé dans la région sylvo-pastorale du Ferlo.Pour localiser les zones à risque de transmission du virus, nous utilisons la télédétection et l'analyse paysagère afin de caractériser l'environnement favorable aux deux principaux candidats vecteurs du virus, Aedes vexans et Culex poicilipes. Pour identifier les périodes à risque, nous avons développé un modèle d'abondance de populations de moustique des deux espèces vectrices prenant en compte la dynamique des gîtes larvaires (les mares), et dont les simulations ont été validées avec des données de terrain de capture de moustiques. Pour se faire, nous avons dû préalablement développé un modèle dynamique de hauteur d'eau des mares temporaires, modèle calibré et validé à partir de données de terrain et de données d'observation de la Terre.Les résultats de l'analyse paysagère ont confirmé que les milieux favorables aux vecteurs de la maladie pouvaient être caractérisés par télédétection. Ils ont aussi mis en évidence l'importance des mares et de la densité de végétation environnante, et ont abouti à une cartographie de l'hétérogénéité spatiale du risque de circulation de la FVR. Les résultats de l'analyse temporelle ont montré que les années de circulation active du virus coïncidaient avec les années pour lesquelles les deux espèces de moustiques étaient présentes en forte quantité. On observe ainsi deux années à très forte densité des deux moustiques vecteurs, en 1987 et en 2003, correspondant aux années d'épidémie/épizootie les plus importantes dans la région.