MAELIA : une plateforme pour modéliser les systèmes socio-écologiques

MAELIA est une plateforme de modélisation intégrée permettant de représenter finement les interactions entre activités agricoles, hydrologie et modes de gestion des ressources en eau au sein des bassins versants.

Visualisation 3D. © Inra, Olivier Therond
Mis à jour le 10/07/2015
Publié le 09/07/2015

Gérer les ressources en eau à l'échelle d'un bassin

Les problèmes de gestion des ressources naturelles émergent de la diversité des interactions homme-environnement au sein de ce qui est communément appelé des systèmes socio-écologiques.

Appréhender le fonctionnement de ces systèmes nécessite de s’intéresser aux interactions entre les processus écologiques en jeu, les stratégies individuelles des usagers des ressources et les stratégies institutionnelles de gestion de ces ressources. Ainsi concernant les problèmes de déficit en eau pendant la période d’étiage (basse eau), il est nécessaire d’analyser les interactions entre l’hydrologie des différentes ressources en eau, les stratégies des usagers de l’eau, les modes de gestion des ressources stockées et les régulations mise en œuvre par les services décentralisés de l’État pour restreindre les usages  en vue de protéger les milieux aquatiques et satisfaire la demande en eau potable.

Pour les bassins versants où les agriculteurs irriguants sont les principaux usagers de l’eau pendant la période d’étiage, il est tout particulièrement nécessaire de s’intéresser aux interactions entre les stratégies de conduites des systèmes de culture irrigués et les autres processus clefs du système« socio-agro-hydrologique » (SAH). Les acteurs de la gestion des étiages s’accordent à dire que chaque SAH (situation de gestion) est spécifique du fait de ses caractéristiques en termes de systèmes géohydrologiques, agricoles (situations pédoclimatiques et pratiques), de gestion des ressources stockées et de régulation des usages et des interactions entre ses systèmes.

Ils sont particulièrement demandeurs d’outil de modélisation intégrée permettant de représenter finement les spécificités de chaque système SAH pour les aider à la conception de stratégies d’action (combinaison de leviers d’action et de degrés d’action de chacun) à l’échelle d’un projet de territoire par exemple dans le cadre de l’élaboration d’un « SAGE » ou de gestion en temps réel à l’échelle des bassins versants.

Une plateforme pour modéliser et simuler le fonctionnement de systèmes socio-agro-hydrologiques

Pour répondre à ce besoin de développement d’outil de modélisation intégrée, le projet MAELIA a développé une plateforme multi-agent permettant de modéliser et simuler le fonctionnement de systèmes socio-agro-hydrologiques. Cette plateforme multi-agent MAELIA permet de représenter les interactions entre les activités agricoles (choix d'assolement et conduite des systèmes de culture au sein de chaque système de production), les prélèvements domestiques et industriels de l’eau, l’hydrologie des différentes ressources en eau (basée sur les formalismes du modèle « Soil and Water Assessment Tool ») et la gestion des ressources en eau (lâchers pour le soutien d’étiage et édiction des restrictions) au sein de grands bassins versants (quelques centaines à milliers de km2).

Cette plateforme peut être utilisée pour évaluer les impacts environnementaux, sociaux et économiques de scénarios de changements d’usage des terres agricoles, de mode de gestion des ressources en eau, de contexte économique, démographiques et climatiques. Dans cette plateforme, le Registre Parcellaire Graphique (RPG) est utilisé pour spatialiser très finement chaque exploitation et ses îlots de culture alors que l’utilisation conjointe des bases de données Carthage® et Topo® permettent de spatialiser finement les différents types de ressources en eau (cours d’eau, retenues « collinaires », barrages, nappes) au sein des bassins étudiés. Le prétraitement d’autres bases de données permet d’intégrer également les informations sur les sols, le climat, les séquences de culture, les points de prélèvements et de rejets, les zones de restriction des usages... Les « agents » virtuels (agriculteurs, gestionnaires de barrage, polices de l’eau) simulent la conduite des activités humaines au sein de chaque entité de gestion (exploitation, barrage, zone de restriction des usages) en fonction de leurs contraintes spécifiques (pédoclimatique, hydrologique, de fonctionnement).

Au delà de la plateforme de modélisation et simulation, le projet MAELIA a permis de développer une méthode de modélisation interdisciplinaire et un méta-modèle des systèmes socio-écologiques.

Représenter les interactions entre dynamiques des activités agricoles et processus écologiques

La plateforme est actuellement appliquée sur deux bassins versants. Sur le bassin versant de la Garonne amont (6200 km2, 2700 exploitations), elle permettra d’explorer les impacts du changement climatique. Sur le bassin versant de l’Aveyron aval (environ 800 km2, 1200 exploitations), dans le cadre de la thèse de Clément Murgue (2011-2014, UMR AGIR, SAD), elle a permis d’évaluer dans quelle mesure des changements de distributions spatiales des systèmes de culture conçus par les acteurs du bassin permettraient de réduire l’occurrence des crises de gestion de l’eau. Dans cette seconde application, MAELIA a démontré qu’elle permet de représenter la variabilité des interactions entre les sols, systèmes de culture, systèmes de production, hydrologie et modes de gestion des ressources en eau à des résolutions spatio-temporelles qui font sens au regard des échelles de décision et d’action des gestionnaires des étiages (par exemple, zone d’édiction des restrictions d’usage et jour).

D’un point de vue général, MAELIA fournit une architecture logicielle pour représenter à une résolution spatio-temporelle fine les interactions entre dynamiques des activités agricoles et processus écologiques au sein des territoires. Elle est utilisée comme architecture de développement d’un nouvel outil de conception d’interactions entre exploitations agricoles de grandes cultures et d’élevage. De ce fait, des modules « prairies », « dynamique de troupeaux », « nutrition animale » et « rationnement » sont en cours de développement. L’intégration dans la plateforme de procédures de calcul d’indicateurs de services écosystémiques fournis par et aux agroécosystèmes est également programmée. Son utilisation pour simuler les relations entre dynamiques des paysages agricoles et régulations biologiques est également envisagée.

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

. © Inra, Maelia

En savoir plus

L'Unité Mixte de Recherche AGIR, ECOLAB, GET IRIT et l’Université du Mirail de Toulouse sont impliqués dans le projet MAELIA qui a été financé par la fondation de coopération scientifique « Science et Technologie pour l’Aéronautique et l’Espace » de 2009 à 2014.

Toutes les infos sur : maelia-platform.inra.fr

Références bibliographiques

 

  • Murgue C., 2014. Quelles distributions spatiales des systemes de culture pour limiter l'occurence des crises de gestion quantitative de l'eau ? Une demarche de conception-évaluation sur le territoire irrigué de l'Aveyron aval. Thèse de doctorat, Institut National Polytechnique de Toulouse, 211 pp. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00002866/01/murgue.pdf