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Publication du programme PAUSE – ANR Ukraine pour l’accueil de scientifiques ukrainiens et ukrainiennes dans des laboratoires français
SYSCOMM - Systèmes complexes et modélisation mathématique

Utilisation de la modélisation pour améliorer les services écologiques associés aux systèmes prairiaux – MODECOL

Résumé de soumission

Ce projet s'intègre dans un contexte où la mise en place de solutions rapides devient urgente pour compenser la dégradation de l'environnement occasionnée par l'homme. Un intérêt accru est observé pour les systèmes naturels dont on démontre désormais de manière flagrante les services écologiques associés tant au niveau de la dépollution des eaux et des sols que dans la régulation du réchauffement climatique. Les nouvelles réglementations environnementales incitent désormais à la création de nouveaux systèmes de ce type pour renforcer leur effet bénéfique sur l'environnement. Il s'agit cependant d'optimiser le design de ces nouveaux systèmes pour fournir le meilleur service écologique rendu. Le projet MODECOL vise à établir un modèle hybride réaliste permettant de modéliser un système herbacé (=prairie) par Individual Based-Model (IBM) relié par des boucles de rétroaction à une couche environnementale modélisée par Equations à Dérivées Partielles (EDP). Cette démarche vise à constituer par la suite un laboratoire virtuel suffisamment réaliste pour tester des hypothèses écologiques au niveau de systèmes écologiques complexes. La première étape de travail consistera à réaliser un modèle IBM pour représenter le système prairial considéré comme l'interaction de populations végétales. Un des aspects novateurs de ce projet est i. de prendre en compte la particularité de toute plante pérenne de croître par reproduction végétative: c'est-à-dire qu'un individu de plante simplifié le plus souvent par un point, est en réalité un réseau de tiges connectées entre elles par des structures permettant le transfert de ressources nutritives ou d'information de stress. La prise en compte de cette colonisation de l'espace par le développement de réseaux est particulièrement originale. Les règles d'interaction entre plantes feront appel à des aspects de théories des jeux. Enfin, l'établissement de la structure du modèle et sa validation seront étroitement liés à des expérimentations réalisées en conditions contrôlées et sur le terrain. Des techniques d'analyses d'image seront utilisées pour détecter les différents réseaux de plante entrelacés. La deuxième étape du projet visera à coupler ce modèle IBM à un système d'EDP qui prendra en compte les variations spatio-temporelles de l'environnement (par ex une concentration en pesticides, en nitrate...ect.). Ce point met en jeux plusieurs réflexions liées i. à la notion de couplage de modèles d'échelles de temps et d'espace différentes et ii. des aspects liés au rôle de l'échelle de perception de l'individu sur le déterminisme de sa croissance qui peuvent s'apparenter à l'écologie comportementale. La validation de ce modèle sera réalisée par des suivis in situ au niveau du site de Pleine-fougères intégré au réseau international Long Term Ecological Research sites (LTER). La troisième étape du projet cherchera à établir un modèle agrégé ayant pour but de servir de support à l'aide à la décision pour les gestionnaires. Basés dans un premier temps sur un système dynamique, un système d'EDP calibré par les données issues de l'IBM sera réalisé. Une validation croisée avec les données issues de l'expérimentation sera également effectuée. La quatrième étape visera à appliquer ce dernier modèle à une application concrète liée aux dernières directives agrienvironnementales de la PAC. L'une des mesures phares de cette directive est la mise en place de bandes enherbées en bords de champs cultivés pour contribuer à l'épuration de l'eau. Nous utiliserons donc cet outil pour préciser le design optimal des bandes enherbées permettant de fournir ce service écologique. Ce travail sera réalisé en collaboration avec un comité de pilotage constitué de représentants de la chambre d'agriculture, d'agriculteurs et de chercheurs. Cette démarche participative permettra une bonne adéquation de ce travail avec la réalité agricole. Les trois premières taches bénéficieront i. des outils d'écologie numérique permettant la confrontation des données issues des simulations et des expérimentations. Ils viseront à identifier les patrons de distribution des individus, les corrélations entre ces patrons et les variations de l'environnement, la prise en compte de la notion d'échelles, ii. des avancées récentes en calcul scientifique permettant la réalisation de simulations à large échelle pour des coûts modestes en temps et en équipement. Nous utiliserons une approche originale de calcul distribué sur ordinateur par l'utilisation de la plateforme BOINC. Ce projet présente ainsi
une démarche entrant pleinement dans le cadre de l'appel d'offre SYSCOM, originale par de nombreux aspects mettant en jeu une collaboration étroite entre écologues et modélisateurs et donnant lieu à une application concrète en prise directe avec les gestionnaires. Ce projet propose également un modèle hybride
assez flexible qui pourra être appliqué après modifications mineures à de nombreuses problématiques agronomiques et environnementales liées à des systèmes herbacés.

Coordinateur du projet

Madame Cendrine Mony (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE BRETAGNE ET PAYS- DE-LA-LOIRE)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE BRETAGNE ET PAYS- DE-LA-LOIRE
INSTITUT NATIONAL DE RECHERCHE EN INFORMATIQUE ET EN AUTOMATIQUE - INRIA
UNIVERSITE DE LA ROCHELLE

Aide de l'ANR 320 097 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

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