Plan du mémoire

Le mémoire est organisé en cinq chapitres construits autour de 3 articles scientifiques. Les questions de recherche auxquelles chaque article apporte des éléments de réponses sont présentées dans la figure 15.

Ce premier chapitre a permis de définir le contexte général mais aussi scientifique dans lesquels les modèles agro-hydrologiques spatialisés s’inscrivent. Il a permis également de définir les concepts et la terminologie utilisés pour ce type de modélisation, de dresser un état de l’art, d’identifier les limites de cette approche et les défis à relever par ces modèles.

Le chapitre 2 ‘Modélisation de la distribution spatio-temporelle des systèmes de cultures

au niveau de bassins versants’ porte sur le modèle CSAM (Cropping Systems Allocation

Model). L’évaluation des effets des activités agricoles sur les flux d’eau et d’azote à l’aide de modèles agro-hydrologiques nécessitent de nombreuses données sur de larges échelles spatiales et temporelles. Comme nous l'avons expliqué au paragraphe 1.5.3, les données sur les systèmes de cultures sont particulièrement utiles mais sont rarement disponibles à des résolutions fines telles que la parcelle et sur des échelles spatiales (bassin versant) et temporelles (quelques décennies) importantes. Le modèle CSAM répond à ce besoin. Ce modèle permet de simuler, à partir de données observées sur l’occupation du sol et des pratiques culturales, la dynamique spatio-temporelle des systèmes de cultures passées pour des évaluations ex-post. Il permet aussi, à partir d’une base de connaissance sur l’occupation du sol et des pratiques culturales sur un bassin versant, de construire des scénarios prospectifs pour leur évaluation ex-ante. Comme nous l'avons expliqué dans le paragraphe 1.5.4, le niveau exploitation n'est pas souvent pris en compte dans les modèles agro-hydrologiques. CSAM prend en compte cette dimension exploitation dans la modélisation des systèmes de cultures. Ce modèle est mis en œuvre à travers un cas d’étude portant sur des pratiques agricoles passées et prospectives. Cette approche est utilisée pour l’évaluation des effets de changement de pratiques agricoles sur les flux d’azote. Ce cas d’étude portant sur l’évaluation de l’effet de pratiques agricoles sur la pollution diffuse, à partir du modèle agro-hydrologique distribué TNT2, permet de discuter de la capacité du modèle à simuler les systèmes de cultures et des incertitudes inhérentes.

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Le chapitre 3, ‘Représentation du niveau exploitation et des décisions des agriculteurs

pour la modélisation du transfert d’herbicides dans un bassin versant’, présente un

modèle qui intègre le niveau exploitation et prend en compte des contraintes techniques et environnementales pour représenter les décisions des agriculteurs relatives à l’application d’herbicides au niveau bassin versant. Ce modèle est couplé à un modèle de transfert d’herbicides semi-distribué. Différents scénarios ont été évalués par ce modèle ce qui permet d’en discuter les principales caractéristiques.

Dans le chapitre 4, ‘Comparaison des approches CSAM et SACADEAU avec le modèle

agro-hydrologique distribué CASIMODN‘, les approches pour la modélisation des

systèmes de cultures (chapitre 2) et de la décision des agriculteurs (chapitre 3) sont mises en perspective à travers une comparaison avec l’approche développée pour la conception du modèle agro-hydrologique distribué CASIMODN (Catchment and Agricultural Systems Integrated MODel for Nitrogen). CASIMODN intègre les transferts et les transformations de l’azote au niveau de l’exploitation, de la parcelle et du bassin versant. Sa principale innovation est de représenter le niveau exploitation à travers la stratégie de production et les décisions des agriculteurs traduites par des systèmes de culture.

Le chapitre 5, ‘Evaluation de l’effet du changement climatique sur la quantité et qualité

de l’eau au niveau d’un bassin versant agricole’, porte sur l'utilisation du modèle

agro-hydrologique TNT2 pour évaluer un scénario climatique. Ce cas d’étude montre l’importance de la prise en compte de l’élévation de la concentration en CO2 sur les processus au niveau du modèle agro-hydrologique. Il permet également de discuter les limites du modèle et des scénarios construits, ainsi que sur les incertitudes inhérentes à ce type d’étude d'impact.

Le chapitre 6 synthétise les résultats marquants et apporte des éléments de réponses aux questions de recherche de ce travail de thèse. Des éléments de discussion sur les différentes approches sont également apportés en s’appuyant notamment sur d’autres travaux réalisés. Enfin des perspectives de recherche sont proposées.

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Chapitre 1

 Contexte

 Etat de l’art sur les modèles agro-hydrologiques spatialisés  Identification des limites de ces modèles

Questions de recherche :

 Comment modéliser la distribution spatio-temporelle des systèmes de cultures dans les modèles agro-hydrologiques distribués ? (Q1)

 Comment modéliser le niveau exploitation et les décisions des agriculteurs ? (Q2)

 Comment évaluer la capacité de ces modèles à simuler des scénarios de changements ? (Q3)

Chapitre 2

Modélisation de la distribution spatio-temporelle des systèmes de cultures au niveau de bassins versants Q1 Q2 Q3

Chapitre 4

Comparaison des approches CSAM et SACADEAU avec le modèle agro-hydrologique distribué

CASIMODN Q1Q2 Q3

Chapitre 5

Evaluation de l’effet du changement climatique sur la quantité et la qualité de l’eau au niveau d’un bassin versant Q1 Q3

Chapitre 6

 Synthèse des résultats. Eléments de réponse aux questions de recherche  Discussions

 Perspectives

Fig. 15 : Organisation de la thèse et questions de recherche abordées dans chaque chapitre

Chapitre 3

Représentation du niveau exploitation et des décisions des agriculteurs pour la modélisation du transfert d’herbicides dans un bassin versant Q2 Q3

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Chapitre 2 : Modélisation de la distribution

spatio-temporelle des systèmes de cultures au

niveau de bassins versants

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