Projet ANR Déduction

Un article de Déduction.

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Le projet DEDUCTION est financé par l'Agence Nationale pour la Recherche dans le cadre de l'appel d'offre « Agriculture et Développement Durable ».

Le projet est coordonné par le Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Complexes du Cemagref.

Les partenaires du projet sont : CNRS - Ecole Polytechnique, INRA, IRD, Université Fianarantsoa de Madagascar, LASTRE. (Voir aussi la liste complète des membres du projet)

Il a débuté le 2 janvier 2007 pour une durée de trois ans.


L’expression « développement durable » est largement adoptée, cependant l’explicitation de politiques d’actions « durables » pose problème. L’objectif du projet est de fonder une ingénierie du développement durable intégrant l’activité de contrôle et de régulation. Pour cela, nous associons des laboratoires fondamentaux proposant des formalismes mathématiques originaux, en particulier la théorie de la viabilité, et des partenaires maîtrisant des applications représentatives des enjeux liés au développement durable.


Sommaire

[modifier] « Développement durable » et concept de résilience

L’expression « développement durable » est née dans les années 60 à la suite du rapport du Club de Rome sur les limites de la croissance. Elle est reprise en 1987 dans le rapport Brundtland de la Commission Mondiale sur l’Environnement et le Développement (CMED) et devient dès lors très populaire. Un développement durable est aujourd’hui communément défini comme un développement qui répond aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures à répondre aux leurs. Ce qui devrait être fait pour atteindre une société durable est un enjeu de comportement humain, qui doit être discuté lors de négociations concernant les futurs souhaités sous des conditions de profonde incertitude et que la science seule ne peut résoudre. Cependant, ses contributions peuvent être cruciales pour informer, poser les problèmes et évaluer les implications de différents scénarios. Kates et al. (2001) ont identifié des questions clés pour la science du développement durable et parmi elles, la détermination de « limites » ou « frontières » pouvant constituer des seuils d’alerte au-delà desquels les risques de dégradation du système deviennent significativement importants. Or, le concept de résilience défini dans le domaine de l’écologie par Holling en 1973 est l’intensité maximale de la force que le système peut absorber sans changer de comportement, de fonctions, de processus de régulation. Ce concept est par conséquent très pertinent dans le contexte du développement durable.


Deux exemples de problèmes de gestion durable dans le secteur de l’agriculture au sens large

[modifier] Forêts tempérées

  Un mélange d'espèces en Sologne : pin sylvestre et chataîgner
Un mélange d'espèces en Sologne : pin sylvestre et chataîgner
  Capsis : visualisation avec deux parcelles d'espèces différentes
Capsis : visualisation avec deux parcelles d'espèces différentes

Les écosystèmes forestiers sont des milieux fragiles, comme l'ont rappelé plusieurs événements récents (pluies acides, tempêtes Dhôte 2005, sécheresse Pretzsch 2005). Les gestionnaires s'interrogent donc sur la résistance et la résilience des différents peuplements, réguliers ou irréguliers, purs ou mélangés (Dhôte et al. 2005). Comme la forêt européenne est un milieu fortement anthropisé, il est essentiel dans un contexte de développement durable de comprendre l'influence des actions sylvicoles (choix d'essence, traitement) sur la dynamique des peuplements (Brang et al. 2002). Pour cela les chercheurs développent des modèles de dynamique forestière permettant de simuler et de comparer l'effet de différents scénarios (Houllier et al., 1991, Goreaud et al. 2005). Ces outils peuvent notamment être utilisés lors de la mise au point des guides de sylvicultures. Cependant pour l'instant ces modèles concernent essentiellement la production de bois et sa qualité (Pérot & Ginisty 2004), mais offrent peu d'outils pour estimer la résilience des peuplements simulés (Cordonnier 2004).

Dans le cas particulier du Pin maritime dans les Landes de Gascogne la résistance au vent est un problème crucial et les traitements sylvicoles ont un impact (Meredieu et al., 2006) : par exemple la régularité des hauteurs d’arbres dans le peuplement ou la variation de la surface terrière avec les éclaircies.

[modifier] Forêt tropicale humide menacée

Mosaïque forêt-agriculture, Madagascar
Mosaïque forêt-agriculture, Madagascar
Fianarantsoa : carte forestière
Fianarantsoa : carte forestière

Le cordon forestier Est représente, le long des hauts plateaux, ce qui reste à Madagascar de la forêt tropicale humide, où des aires protégées sont reliées par des « corridors » parsemés de dispositifs de conservation par zonage, contractualisés et gérés par des groupements villageois. Les injonctions du développement durable poussent à concilier cette conservation de la forêt et des modalités d’intensification de l’agriculture (riziculture de bas-fonds et abattis-brûlis sur pente) permettant d’améliorer les conditions de vie des populations riveraines. Au Centre Est de Madagascar, le corridor forestier de Fianarantsoa est menacé de fragmentation. Le paysage est réduit à une mosaïque forêt-agriculture, avec des déforestations différentes dans leurs dynamiques sur les versants ouest et est, de part et d’autre d’un cordon qui restera en forêt. Les défriches sur forêt peuvent encore s’étendre pour des cultures alimentaires sur les bas de pentes, à partir des bas-fonds aménagés en priorité en rizières, jusqu’à ce que leur interdiction conduise à des reports vers d’autres couverts végétaux, jachères, peuplements de pins ou couverts herbacés. La prochaine saturation des bas-fonds aménageables et l’observation de fragmentations forestières pouvant conduire à des situations stables nous interrogent sur l’étape de la transition forêt-agriculture dans laquelle se trouve le corridor de Fianarantsoa. Trois questions se posent : - Quelle est la résilience de ces forêts humides d’altitude après mise en culture par abattis-brûlis ? - Quelle est la stabilité et la durabilité d’une mosaïque paysagère forêt-agriculture qui garantisse à la fois un maintien de la biodiversité et une production vivrière suffisante pour les populations riveraines ? - Quelle est la viabilité des systèmes d’exploitation paysans qui en vivent, dans différentes configurations de « mise en défens » (depuis l’exclusion jusqu’à des usages réglementés des ressources forestières) ?

[modifier] Viabilité et évaluation de la résilience

L'objet de la théorie de la viabilité (Aubin 1991) est d'expliquer mathématiquement et numériquement les évolutions gouvernées par des « systèmes évolutionnaires », qui apparaissent en économie, en écologie, en biologie, etc., aussi bien qu’en automatique (Aubin et al. 2004, Aubin et al. 2000, Aubin 1997). De tels systèmes ne sont pas déterministes, mais régissent sous incertitude des évolutions soumises à des contraintes de viabilité (ou d’optimalité intertemporelle) et guident ces évolutions vers des cibles afin de les atteindre en temps fini. Il s’agit essentiellement de faire émerger les rétroactions sous-jacentes qui permettent de réguler le système et de trouver des mécanismes de sélection pour les mettre en œuvre. Parmi les contrôles ou régulons figurent des matrices de connexion couplant les systèmes écologiques, à forte inertie et échelle de temps profonde avec des systèmes économiques moins inertes à cause des décisions permanentes des êtres humains et à courte échelle de temps pour certaines de ces décisions. Les feedbacks calculés par la théorie de la viabilité décrivent l’évolution de ces matrices de connexion en fonction de l’évolution des variables du système. Une notion toute récente est celle de versatilité d’une évolution, qui associe la plus grande d’une mesure adéquate des vitesses de cette évolution sur un horizon de temps, fini ou infini. La théorie de la viabilité associée à l’algorithme de viabilité (Saint-Pierre 1994) permet de calculer à un état initial la versatilité de telle ou telle composante du système, et en particulier, de leurs dérivées (l’inertie d’une composante étant la versatilité de sa vitesse). La fonction de résilience peut en particulier être calculée par la théorie de la viabilité comme fonction du coût de restauration des propriétés perdues à la suite de violentes perturbations (Martin 2004).

[modifier] Résumé des objectifs

L’objectif de ce projet est de tester l’hypothèse selon laquelle le formalisme de la théorie de la viabilité associé à l’évaluation de propriétés comme la résilience constitue un outil efficace pour l’ingénierie du développement durable dans le cadre de l’agriculture au sens large. Pour cela, nous aurons comme objectifs intermédiaires :

  • bien poser les problèmes de gestion durable
  • réaliser des modèles permettant d’étudier ces problèmes de gestion durable
  • développer et mettre en œuvre dans les deux applications les méthodes et outils de résolution issus de la théorie de la viabilité
  • enfin, analyser l'efficacité de la méthodologie employée et la généraliser à des problèmes de gestion durable typiques