Impact de la structure paysagère sur les dynamiques spatiales des transferts hydro-sédimentaires : approche par simulation multi-agents

Références de la thèseReulier R. (2015). Impact de la structure paysagère sur les dynamiques spatiales des transferts hydro-sédimentaires : approche par simulation multi-agents. Thèse de doctorat de géographie, Université de Caen Normandie. De nombreux enjeux socio-économiques et environnementaux sont associés aux transferts hydro-sédimentaires qui s’organisent dans les hydrosystèmes de faibles énergies, depuis les parcelles agricoles jusqu’aux cours d’eau (pertes en sol, diminution de la fer..

Structure paysagère et dynamiques spatiales des transferts hydro-sédimentaires. Approche par simulation multi-agents

Many socio-economic and environmental issues associated with hydro-sedimentary transfers are organized within hydrosystems from agricultural fields up to rivers streams (soil loss, soil infertility, diffuse pollution, turbid flood ...). If transfers initiation conditions are well known at the agricultural field levels, the flow dynamic that occur on the slope remains poorly understood. It is especially true in small hydrosystems in north-western France, where the abundance of linear networks (hedges, roads, ditches, etc.) that could interfere with the topographic flow dynamics are present in the landscape. To measure these impacts, which remain difficult to estimate, two complementary approaches have been developed within this thesis. First, a quantification of the hydro-sedimentary transfers was achieved during different rainfall events on a small Normandy catchment (17.6 km², BV Lingèvres, Calvados). This work allowed us to highlight the importance of sedimentary flows that can pass though during runoff episode and the complexity of spatio-temporal dynamics induced by the landscape structure. In parallel to this "field" approach, a computer model in multi-agent systems (SMA) was designed. By relying on SMA capabilities to bring out the overall dynamics of a system based on interactions at a local level, it is possible to reconstruct the path of runoff and get clues on spatial analysis in order to measure the effect of the landscape structure. The SMA model requires little input data and was applied to various catchment with different landscape features. This model produces interesting results that allow us to better understand the consequences of the landscapes on runoff.De nombreux enjeux socio-économiques et environnementaux sont associés aux transferts hydro-sédimentaires qui s’organisent au sein des hydrosystèmes, depuis les parcelles agricoles jusqu’aux cours d’eau (pertes en sol, diminution de la fertilité des sols, pollution diffuse, crues turbides, etc.). Si les conditions d’initiation des transferts sont bien connues à l’échelle de la parcelle agricole, les dynamiques d’écoulements qui se produisent sur les versants restent mal connues, et ce particulièrement dans les petits hydrosystèmes du nord-ouest de la France, où la mosaïque paysagère et notamment la présence plus ou moins importante de réseaux linéaires (haies, routes, fossés, etc.) contraint la dynamique purement topographique des écoulements. Afin de mesurer ces impacts, qui restent aujourd’hui peu aisés à estimer, deux approches complémentaires ont été mises en place dans le cadre de cette thèse. Tout d’abord, un travail de quantification des transferts hydro-sédimentaires a été réalisé au cours de différents épisodes pluvieux sur un petit bassin versant normand (17,6 km², BV de Lingèvres, Calvados). Il permet de mettre en évidence l'importance des flux sédimentaires qui peuvent transiter en période de ruissellement et la complexité des dynamiques spatio-temporelles induite par la structure paysagère. En parallèle de cette approche "de terrain", un modèle sous Système Multi-Agents (SMA) a été conçu. En s'appuyant sur les capacités des SMA à faire émerger la dynamique globale d'un système à partir des interactions à un niveau local, il est possible de reconstruire le parcours des écoulements de surface et d'obtenir des indices d'analyses spatiales capables de mesurer les effets de la structure paysagère. Le modèle, nécessitant que peu de données en entrée, a été appliqué sur différents bassins aux caractéristiques paysagères distinctes et offre des résultats intéressants pour mieux appréhender les conséquences des paysages sur les écoulements de surface

: Recueil de fiches pédagogiques du réseau MAPS

DoctoralLe réseau thématique MAPS «Modélisation multi-Agent appliquée aux Phénomènes Spatialisés » propose depuis 2009 des évènements scientifiques ayant pour but de diffuser les pratiques de modélisations multi-agents au sein des Sciences de l’Homme et de la Société (SHS). Ce collectif pluridisciplinaire de chercheurs, d’enseignants-chercheurs et de doctorants est labellisé en tant que ≪ réseau thématique » par le Réseau National des Systèmes Complexes (GIS RNSC) et bénéficie du soutien du CNRS au titre de la Formation Permanente. Depuis 2009, plusieurs modèles ont été développés au cours d'événements MAPS. Ces modèles ont fait l'objet de fiches pédagogiques détaillées destinées aux communautés éducatives et universitaires et en particulier aux enseignants qui souhaiteraient faire découvrir la modélisation à leurs étudiants, mais aussi à ceux qui envisagent d’approfondir certains aspects avec un public plus averti. Elles sont également destinées à tous les curieux qui souhaiteraient découvrir ce que la modélisation apporte aux SHS, du point de vue heuristique et du point de vue opérationnel. Enfin, elles sont aussi des supports pour toutes les personnes qui souhaiteraient diffuser les réflexions scientifiques sur la modélisation et la simulation qui ont présidé à la rédaction de ces fiches

Agriculture et érosion des sols dans les petits hydrosystèmes du Nord-Ouest de la France

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Structure paysagère et transferts hydro-sédimentaires

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Les paysages bocagers et le ruissellement appréhendés par la modélisation multi-agents.

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Rivières de Normandie

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Evaluation of slopes delivery to catchment sediment budget for a low-energy water system: a case study from the Lingèvres catchment (Normandy, western France)

International audienceQuantification and characterization of hydrological and sedimentary transfers are now major challenges to preserving European soils and water resources (Law on Water, Water Framework Directive). In northwestern France, stream water quality is currently reduced by suspended sediment. However, in these low-energy water systems, sediment origin and dynamics into the catchment remain difficult to analyze from a local to a regional scale because of intermediary traps caused by landscape structure (hedgerow areas) and land use organization on the slopes. To provide a better understanding of sediment dynamics in these systems we proposed to analyze runoff dynamics on slopes and to assess slopes' contribution to the sediment budget of a catchment. This study is based on sediment connectivity analysis, used to accurately determine runoff dynamics between producing areas and the outlet of the catchment. This work is focused on the Lingèvres catchment (15 km2), a typical feature of the low-energy water system located in the western part of France, in between open-field and bocage landscapes. The results demonstrate that in a hedgerow landscape, known for its protective role against runoff connection to the river, sediment delivery from slopes is more important and efficient than in an open-field area where no obstacles are observed. This is explained by diverse drainage densities and spatial organization of roads, and ditch and plot entries which induced differentiated sediment delivery from agricultural plots and the river. However, they also underlined the weakness of sediment delivery from slopes compared with sediment fluxes exported from the catchment. Conversely, they highlight the fundamental role of erosion processes due to agricultural practices and landscape organization in headwater systems, which seem to be the main functional area at the sub-catchment scale

Impact de l'organisation des structures paysagères sur les dynamiques de ruissellement de surface en domaine bocager. Etude comparée de 3 petits bassins versants bas-normands

International audienceAfin de comprendre les dynamiques hydro-sédimentaires internes à un bassin versant bocager, les AA. étudient le rôle des interactions entre les différentes composantes du milieu (parcelle, réseaux de haies, voirie et fossés) et ses conséquences sur la capacité des sédiments à rejoindre le cours d'eau. Ils proposent une méthodologie permettant de dresser une cartographie des surfaces potentiellement connectées au réseau hydrographique en domaine bocager. Cette méthode, appliquée à 3 petits bassins versants bas-normands de taille voisine (Tortillon, Petite Seuline, Lingèvres) développe une approche plus dynamique du système érosif permettant d'identifier les surfaces potentiellement contributives à la charge solide d'un bassin versant bocager, et constituant une étape préalable à l'estimation de la connectivité sédimentaire entre versants et cours d'eau au sein de bassins versants bocager

Impact de l'organisation des structures paysagères sur les dynamiques de ruissellement de surface en domaine bocager. Etude comparée de 3 petits bassins versants bas-normands

International audienceAfin de comprendre les dynamiques hydro-sédimentaires internes à un bassin versant bocager, les AA. étudient le rôle des interactions entre les différentes composantes du milieu (parcelle, réseaux de haies, voirie et fossés) et ses conséquences sur la capacité des sédiments à rejoindre le cours d'eau. Ils proposent une méthodologie permettant de dresser une cartographie des surfaces potentiellement connectées au réseau hydrographique en domaine bocager. Cette méthode, appliquée à 3 petits bassins versants bas-normands de taille voisine (Tortillon, Petite Seuline, Lingèvres) développe une approche plus dynamique du système érosif permettant d'identifier les surfaces potentiellement contributives à la charge solide d'un bassin versant bocager, et constituant une étape préalable à l'estimation de la connectivité sédimentaire entre versants et cours d'eau au sein de bassins versants bocager