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