STE2 : 2002

Présenté par :

Taiana LUTH

Anne-Lise AUZAN

Stéphane POCHET

Alan BOISSON

Stéphanie DECUN Enseignement de BIOMETRIE

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

écosystème

ORGANISATION BIOLOGIQUE G3

Peuplement - Population

PRODUCTION BIOLOGIQUE(2)

DIAGNOSTIC

Objectif G2Fonctionnement optimum

Qualité rentabilité

PROPOSITION : Aménagement, contrats….GESTION RESSOURCES

G6 G7

IMPACT DIR. (3) G5Exploitation:Industrielle ArtisanaleRécréative

AGRESSIONS G3Rejets, pollutionsExtractionOuvrageNavigation (4)

HABITAT (1) G2Environnement physique : hydrologiqueChimiqueBiologique:végétations

Climat (1)Météo

Géologie Topographie…

G2

Problématique G1

G4G8

G9

G4

Situation dans la problématique du cours

INTRODUCTION

Modèle : système simplifié représentant quelques traits essentiels de la réalité

Biocénose

Relations directes

Population 1

Biotope

Relations indirectes

Population 2

Objectif : simulation du fonctionnement de l’écosystème

INTRODUCTION

PRINCIPEMise en équations des interactions entre les niveaux

trophiques, à l’intérieur des niveaux trophiques et avec le milieu extérieur.

Producteurs I

Consommateurs I

Consommateurs II

Consommateurs III

Phototrophie

Matière Décomposeurs et Détritivores

Matières mortes

Respiration

Elaboration du modèle

• Définition de la problématique

En fonction de l’objectif fixé (étude d’impact, recherche…)

* Optimisation

* Description

* Prédiction

* Quantification

* Inter relations

Elaboration du modèle• Caractérisation de l’écosystème

=Recherches

bibliographiques

Schéma de principe du Lagunage à Haut Rendement

(LHR)

O2

Bactéries

Phytoplancton

Nutriments(CO2, NH4

+, PO43-)

CO2 atmosphérique

Eaux usées

Eaux traitées

O2

atmosphérique

Rayonnement solaire

Elaboration du modèle• Mise en équations

Méthode déterministe

Méthode statistique

= =Equations différentielles Coefficient de

corrélation

Descripteurs de l’environnement

Elaboration du modèleModèle

conceptuel

Description mathématique des processus

Essais - erreurs

Méthode déterministe

= analyse de sensibilité

Calibration – simulation

Paramètre 1 Fonction 1

Paramètre 2 Fonction 2

…………….. …………..

Paramètre n Fonction n

Validation

Temps de séjour

XEntrées Sorties

[X]e [X]

Variables d’état

Variables forçantes

Hydraulique

*DTS = e(-ts/t) ts: temps de séjour moyen

*Apports = [Xe]*V/ ts

*Sorties = [X]bassin*V/ts=X/ts où X : Quantité totale de la substance X dans tout le bassin

Pénétration lumineuse

Loi de Beer-Lambert

Iz = Io exp(-Kext z) où Iz quantité de lumière à la profondeur z

Io quantité de lumière à la surface

Kext coeficient d’extinction global de la lumière

Évolution de la biomasse phytoplanctonique globale

dPh/ dt = (Gp-Dp)*Ph où Gp= f(t°;I;SN)

Elaboration du modèle

Méthode statistique (ACD)

Modèle (s) conceptuel(s)

« Calibration »^ y ‘ = a’ 1X1+a’2X2+…a’pXp

Validation

Simulation

Normaliser

CentrerRéduire

Dénormaliser

DécentrerDéréduire

X1

X2

X3

Y U

Exemple de modèle conceptuel

X1, X2, X3 variables explicatives

Y variables expliquées

U variables résiduelles

Comparaison des deux méthodes

• Le modèle déterministeAvantages- hautement structuré- Possibilité d’introduire des

interactions spécifiques entre les variables

- Possibilité de faire entrer plus d’informations que nécessaire

…

Inconvénients- Bien connaître les relations

entre les variables mises en jeu- Transcription des concepts en

équations…

• Le modèle statistiqueAvantages- Corrélation rapide des

variables- Établissement d’un ordre

causal entre les variables

Inconvénients- Pas de prise en compte des

mécanismes internes- Impossibilité d’introduire des

interactions spécifiques entre les variables

- Résultat fonction de la fréquence d’échantillonnage ( La composante variant le plus rapidement dicte la fréquence d’échantillonnage)

…

Le modèle ECOPATH II

Définition de l’écosystème :Condition à remplir: Interactions externes<<Interactions

internes

Définition des groupes trophiques

Modèle initial élaboré par Polovina dans les années 1980

• Historique

• Elaboration du modèle

Le modèle ECOPATH II• Modèle schématisé

Le modèle ECOPATH II• Principe : équilibre énergétique d’un écosystème.Dans un écosystème stable et en équilibre, les apports et les pertes d’énergie de chaque composant se compensent.

• Equation : Pour chaque groupe,

Q = P+ R+ UAPPORTS = PERTES

Q consommationP productionR respirationU nourriture non assimilée

Le modèle ECOPATH II

• Paramètres utilisés pour ECOPATH

• B Biomasse (t·km-2)• P/B Production / Biomasse (t·km-2 ·an-1)• Q/B Consommation / Biomasse(t·km-2 ·an-1)• U Nourriture non assimilée (%)

• B Biomasse (t·km-2)• P/B Production / Biomasse (t·km-2 ·an-1)• Q/B Consommation / Biomasse(t·km-2 ·an-1)• U Nourriture non assimilée (%)

EE Efficience écotrophique (%)

Le modèle ECOPATH II•Exemple de paramètres à étudier : La Exemple de paramètres à étudier : La consommation d’aliments et l’étude des consommation d’aliments et l’étude des nageoiresnageoires

•Exemple de paramètres à étudier : La Exemple de paramètres à étudier : La consommation d’aliments et l’étude des consommation d’aliments et l’étude des nageoiresnageoires

Le nageur le plus rapide est celui qui mange le plus.

Le modèle ECOPATH II

Q/B = 3 · W-0.2 · T0.6 · AR

0.5 · 3 eFtW = poids asymptotiqueT = températureAR = indice de forme de la nageoire caudaleFt = régime alimentaire

jaune

Rouge

AR = 9.8

AR = 1.3

Hauteur²

AR =

•Exemple de paramètres à étudier : La Exemple de paramètres à étudier : La consommation d’aliments et l’étude des consommation d’aliments et l’étude des nageoiresnageoires

•Exemple de paramètres à étudier : La Exemple de paramètres à étudier : La consommation d’aliments et l’étude des consommation d’aliments et l’étude des nageoiresnageoires

Impact des alevins de gardons sur les communautés

planctoniques du lac d’Aydat

Discussion sur ECOPATH II

• Avantages du modèle

1. Logiciel simple à utiliser qui ne nécessite pas forcément la donnée de beaucoup de paramètres.

2. Efficace et adaptable à divers écosystèmes.

3. Complet : permet l’intégration de nombreuses données

• Inconvénients du modèle :

1. Modèle statique : donne une image de l’écosystème à un instant donné mais ne permet pas directement d’en étudier l’évolution.

2. Limites de tout modèle3. Modèle essentiellement

biologique et non hydrodynamique

Biotope Biocénose

Biotope Biocénose

Conclusion

Ecosystème 1

Ecosystème 2

Ecosystème 3

Biotope Biocénose

ECOCOMPLEXE

interactions

Flux de matière

Flux d’organismes vivants