Siège social et bureaux : 111, Faubourg Saint Honoré, 75008 Paris. Tel : 01 42 89 10 89. Fax : 01 42 89 10 69. www.scmsa.com

Société Anonyme au capital de 56 200 Euros. RCS : Paris B 399 991 041. SIRET : 399 991 041 00035. APE : 7219Z

Présentation du travail réalisé par la

Société de Calcul Mathématique

pour

l’Agence Européenne de l’Environnement

2006 – 2010

Octobre 2010

Miriam Basso

Société de Calcul Mathématique, S. A.

Algorithmes et Optimisation

SCM Travail réalisé pour l'AEE, octobre 2010 2

Depuis 2006, la SCM est titulaire d'un contrat-cadre avec l'Agence Européenne de l'Environ-

nement ; le titre est "méthodes probabilistes pour l'environnement".

L’Agence Européenne de l’Environnement (AEE) est une agence de l’Union Européenne qui a

pour mission de fournir des informations fiables et indépendantes sur l’environnement. Elle

constitue donc un organisme de référence pour tous ceux qui participent à mettre au point,

adopter, mettre en œuvre et évaluer les politiques environnementales.

L'AEE est confrontée à de nombreuses difficultés liées à l'hétérogénéité des réseaux de mesure

à l’échelle européenne et à l’absence de données pour certaines régions. Elle a demandé à la

SCM de mettre en place des méthodes de traitement de données appropriées à de telles situa-

tions.

La SCM a élaboré des méthodes probabilistes qui permettent d’extraire l’information la plus

pertinente dans les cas où les incertitudes sont importantes, ou même lorsque certaines don-

nées sont manquantes (voir [1]).

Voici trois exemples de contrats traités ; les sujets sont différents, mais les méthodes probabi-

listes mises en œuvre sont les mêmes.

1. Sécheresse des petits cours d’eau en Europe

La sécheresse est une menace à prendre en compte dans l’élaboration des politiques environ-

nementales. Ses effets sont particulièrement marqués pour les petits cours d’eau, qui jouent

un rôle biologique essentiel. Toutefois, la mise en place d’un suivi systématique de ce type de

cours d’eau à l’échelle européenne est très difficile et très coûteuse. Pour contourner ce pro-

blème, l’AEE a posé la question : est-il possible prédire l’assec ou la disparition d’un petit

cours d’eau à partir de paramètres "externes", tels que le climat ou le type de sol, qui sont plus

facilement mesurables à l’échelle européenne ?

La SCM a été chargée de cette étude, qui reposait sur l’exploitation de relevés d’assec menés

pendant une dizaine d’année sur les petits cours d’eau de la région Loire Bretagne (réseau de

mesure ROCA) et de nombreuses données caractérisant les paramètres externes.

Grâce à une méthode probabiliste, la SCM a pu identifier les paramètres qui permettent de

prédire un risque d’assec élevé pour la région Loire Bretagne. En extrapolant ces conclusions à

l’échelle française, il a été possible de réaliser une carte du risque de sécheresse des petits

cours d’eau en France (voir carte ci-dessous). La méthode paraît prometteuse : elle permet

d’identifier les zones où le risque est très faible, où la mise en place d’un réseau de surveil-

lance est inutile, et les zones où le risque est élevé, où la mise en place d’une station de mesure

est très conseillée.

SCM Travail réalisé pour l'AEE, octobre 2010 3

Figure 1 Risque de sécheresse en France (risque croissant)

2. Qualité des cours d’eau en Europe

La directive cadre sur l’eau impose d'atteindre le bon état écologique des masses d’eau douce

en 2015. L’AEE doit fournir des informations pertinentes, permettant d’identifier les cours

d’eau où il faut concentrer les efforts pour atteindre les objectifs fixés. Le réseau de mesure

des bassins versants français est particulièrement performant, mais il n’en est pas de même

pour tous les pays européens. Certains pays n’ont pas d’historique de l’évolution de la qualité

de leurs cours d’eau ou bien ont de larges zones sans surveillance.

L’AEE cherche à pallier ce manque d’information en mettant en place une nouvelle méthode :

la stratification des bassins versants. Cela consiste à ranger les bassins versants européens en

différentes classes homogènes, caractérisées par différents types de pressions.

Par exemple les bassins versants caractérisés par une agriculture intensive constituent la

strate A, alors que les bassins ayant une densité urbaine élevée constituent la strate U. La

strate A va se distinguer par une concentration élevée en nitrate, alors que la strate U aura

une pollution élevée en ammonium et phosphate. La SCM a aidé l’AEE dans la définition des

strates et dans la validation des méthodes statistiques de traitement des données. Le décou-

page en strates permet un meilleur traitement de l’information : la pollution d’un bassin est

reliée à sa cause ; par ailleurs il est possible de prédire la pollution pour des bassins où peu de

mesures ont été effectuées en se référant à leur strate.

Le découpage de l’Europe en strates est présenté dans la carte ci-dessous.

SCM Travail réalisé pour l'AEE, octobre 2010 4

Figure 2 Stratification des bassins versants européens

3. Rôle de la forêt face au changement climatique

Est-que la présence de forêts peut atténuer les effets d’un phénomène climatique extrême, tel

que la sécheresse, dans les bassins versants montagneux européens ? Telle est la question qui

a été posée par l’AEE à la SCM.

En exploitant des mesures de débit effectuées pendant 30 ans dans un millier de bassins ver-

sants montagneux européens, la base de données CORINE LAND COVER qui renseigne sur le

type de culture à l’échelle européenne et des données climatiques, la SCM a mis en place une

méthode probabiliste qui analyse le rôle de la forêt.

En comparant l’évolution du débit dans des bassins versants montagneux caractérisés par un

climat similaire et exposés à des phénomènes climatiques extrêmes, il a été possible de con-

clure que la présence de forêts permet d’atténuer les rigueurs du climat. Fin 2010, l’AEE sou-

haite poursuivre cette étude avec des données provenant d’autres pays européens.

Nos résultats ont été présentés par M. Josef Herkendell, Project Manager, European Envi-

ronment Agency, sous la forme d’un poster, à l’occasion du XXIIIe Congrès Mondial organisé

par l'Union Internationale des Instituts de Recherches Forestières (IUFRO) à Seoul (Corée du

Sud) en août 2010. Ce poster peut être téléchargé sur le site web de la SCM.

Référence

Bernard Beauzamy et Olga Zeydina : Méthodes probabilistes pour la reconstruction de

données manquantes. Ouvrage édité et commercialisé par la Société de Calcul Mathématique

SA, ISBN : 2-9521458-2-2, ISSN : 1767 – 1175, avril 2007.