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Compte-rendu de la 6ème journée Capsis

Compte-rendu de la 7ème journée Capsis à Montpellier le 16 juin 2005

F. de Coligny - v1.1 - 27 juin 2005

Participants (28) :

Daniel Auclair (INRA AMAP), Pierre Cartigny (INRA LASB), Estelle Chambon-Dubreuil (INRA ARCHE), Francois de Coligny (INRA AMAP), Guillaume Cornu (Cirad forêt), Véronique Cucchi (Cirad forêt), Rémi D'Anunzio (Cirad forêt), Gregory Decélière (Cemagref Nogent), Pierre Dubus (Cirad forêt), Francois Goreaud (Cemagref Clermont-Ferrand), Patrick Heuret (INRA AMAP), Thierry Labbé (INRA Ephyse), Maryline Laurans (Cirad AMAP), Francois Lefèvre (INRA URFM), Patrice Loisel (INRA LASB), Daniel Mailly (Québec MRNF), Frédéric Mothe (INRA Lerfob), Céline Meredieu (INRA Ephyse), Pascal Neveu (INRA LASB), Marie-Ange Ngo Bieng (Cemagref Clermont-Ferrand), Sylvie Oddou-Muratorio (INRA URFM), Sandrine Perret (Cemagref Nogent), Alexandre Piboule (ONF), Nicolas Picard (Cirad forêt), Christian Pichot (INRA URFM), Sylvie Sabatier (Cirad AMAP), Laurent Saint-André (Cirad forêt), Grégoire Vincent (IRD AMAP)

Comte-rendu :

La 7ème journée Capsis s'est tenue au Cirad à Montpellier le 16 juin 2005. Cette réunion annuelle est un lieu d'échange et de discussion autour de la plate-forme de modélisation de la dynamique forestière Capsis. La réunion organisée par l'UMR AMAP s'organise autour de présentation des projets en cours ou prévus et laisse une large part aux discussions.

Dans ce compte-rendu, les parties en gras concernent les actions de transfert vers les gestionnaires.

1. Point annuel sur le projet Capsis, projets de partenariats étrangers - F. de Coligny
2. Simulations démo-génétiques dans des peuplements théoriques en transition - S. Oddou-Muratorio
3. Connexion dynamique entre le modèle de croissance Eucalypt-dendro sous Capsis et le SIG ArcView pour l'élaboration d'un outil d'aide à la gestion des plantations d'aucalyptus au Congo - V. Cucchi
4. Un modèle de système agro-forestier tropical - M. Laurans
5. Modélisation de la dynamique de population de petits ligneux (Cytisus scoparius) pâturés pour la gestion des parcours en déprise - E. Chambon-Dubreuil
6. Le module Bidasoa, historique et fonctionnement - J. Labonne
7. Le module Sylvestris + actions de transfert vers l'ONF - S. Perret
8. Influence à long terme de la structure spatiale d'un état initial sur la dynamique d'un modèle forestier MADD : étude simulatoire avec le modèle Mountain - F. Goreaud
9. Dynamique des jeunes faciès à Avicennia germinans des mangroves Guyanaises : lien entre un modèle de peuplement dépendant des distances et la modélisation du développement architectural des arbres - P. Heuret
10. Vers un modèle de croissance dendrométrique pour l'Hévéa ? Quelles implications pour Capsis ? - L. Saint-André
11. Modélisation des peuplements mélangés Pin sylvestre - Chêne : élaboration d'un modèle de croissance arbre dépendant des distances - G. Decélière

1. Point annuel sur le projet Capsis, projets de partenariats étrangers - F. de Coligny

Nouveaux projets démarrés depuis l'année dernière :
  • Simsys - Maryline Laurans (AMAP) : Modèle agroforestier tropical,
  • Paletuviers - Patrick Heuret (AMAP) : Adaptation du modèle mangrove Kiwi d'Uta Berger et Hanno Hildenbrandt,
  • Sylvestris - Sandrine Perret, Thomas Perot (Cemagref) : Pin sylvestre,
  • Cytisus - Estelle Chambon-Dubreuil (INRA) : Système genêts / herbe / brebis,
  • Transpop - Sylvie Oddou-Muratorio (INRA) : Peuplements théoriques en transition,
  • Eucalyptus / SIG - Véronique Cucchi (Cirad) : Connexion SIG / Capsis-eucalypt pour prédiction.
Amélioration diverses concernant les graphiques : barres des histogrammes plus larges, nouveau rendeur avec barres horizontales plus lisible, corrections sur le visualiseur MAID.

La gestion des couleurs a été revue : des étapes du même scénario sylvicole se voient attribuer des couleurs dans la même teinte pour simplifier la lecture des graphiques.

Un mécanisme permet pour les modèles forestiers individuels de mémoriser les arbres éclaircis dans une collection accessible depuis l'étape résultant de l'intervention. La fonctionnnalité devrait être prochainement adaptée aux modèles par classes de diamètres.

Il est possible d'accéder à de la documentation pour les graphiques dans le menu de configuration, onglet Propriétés. Par exemple, pour un graphiques d'évolution du volume au cours du temps, le modélisateur peut expliquer comment le volume est calculé (voir fiche explicative sur le site Capsis, page de documentation).

Il est maintenant possible de faire aparaitre des données de calibration dans les graphiques (voir fiche explicative sur le site Capsis, page de documentation). De plus, on peut forcer la limite des axes X et Y pour les courbes, histogrammes et nuages de points.

Les filtres de sélection d'individus ont subis des améliorations : Undo/Redo, niveau de sélection pour les cellules imbriquées les unes dans les autres, filtre N plus gros arbres, filtres génériques (détection automatique par intospection de certaines propriétés dans les individus) pour valeurs booléennes, seuils sur valeurs numériques, valeurs pour variables entières.

Une nouvelle catégorie d'extensions Capsis : les GrouperDisplays permettent de contrôler les individus sélectionnés en cours de construction d'un groupe (ou d'intervention en mode éclaicie complexe qui utilise les filtres de sélection). Il est possible de construire des groupes complexes par combinaison (intersection / union) d'autres groupes. Les groupes comlexes sont des groupes comme les autres, utilisables dans les extensions.

Il est possible d'exporter la plupart des graphiques capsis sous forme d'images JPEG ou PNG par les options d'exportation graphique. On peut choisir la largeur de l'image en pixels, la hauteur est recalculée pour garder le ratio hauteur/largeur d'origine.

L'aide générale en français a été complètement revue. Ceci concerne le pilote interactif, les extensions (visus, groupes...), mais pas les modules Capsis dont l'aide français / anglais est à la charge des modélisateurs. L'aide en anglais sera de la même manière revue prochainement.

Une formation Capsis s'est tenue à Montpellier en février 2005, elle a touché 7 personnes. Capsis 4.1.5 fonctionne maintenant sous apple Mac OS X (attention : versions 10.4) avec le jdk 1.5 d'apple. Les premiers test semblent satisfaisants. Capsis tourne également sous java 1.5 sous Linux et Windows.

La bibliothèque Genetics a été revue pour en permettre l'utilisation avec des objets génotypés autres que des arbres. L'introduction d'une interface Genotypable a permis l'utilisation de la bibliothèque par le module Bidasoa (dynamique de truites dans le bassin du fleuve Bidasoa). Sept modules utilisent maintenant la bibliothèque Genetics : VentouG, Selva, Alisier, Quercus, Luberon, Bidasoa, Transpop.

Projets en Chine : Thierry Fourcaud (INRA AMAP, expatrié en Chine) et le Professeur LU YuanChang (Chinese Academy of Forestry) ont proposés récemment un projet de recherche avancé intitulé : "Intégration de Modèles de Croissance Forestiers pour Applications en Eco-ingénierie". Ce projet prévoie notamment le passage du modèle GreenLab (AMAP / Liama) du niveau plante au niveau peuplement, son calibrage sur les modèles de la CAF pour les espèces d'intérêt (Mélèze notamment) et l'intégration des différents modèles peuplements dans Capsis pour connexion avec des outils de représentation de paysage (Marc Jaeger, Liama) et répondre à des problématiques d'éco-ingénierie.

Dans le cadre d'un séjour en Chine, participation à la conférence ISAE 2005 à GuiYang ainsi qu'à un séminaire GreenLab 2005 à Beijing ou nous avons rencontré les chercheurs de la CAF. Nous avons longuement discuté de leur participation au projet Capsis et des implications de la charte Capsis. Une version complète a été laissée aux professeurs LEI XiangDong, HONG LingXia et GUO Hong pour évaluation.

Dans tous les cas, Thierry Fourcaud et les partenaires de la CAF ont convenu de prendre un étudiant en thèse pour le mettre sur les sujets sus-cités.

Projets en Nouvelle-Zélande : Participation prévue en novembre 2005 au 5ème Workshop IUFRO "Connection between Forest Resources and Wood Quality : Modelling Approaches and Simulation Software" en NZ. Présentation d'un article "New functionalities around an individual tree growth model for Maritime pine : carbon and nutrient stock, windthrow risk, log yield, wood quality, and economical criteria" (C. Meredieu et al.) et présentation d'un poster "Using Capsis for connection with Wood Quality" (F. de Coligny et al.).

Collaboration prévue sur place en marge du workshop avec Dave Pont, Christine Todoroki et Jonathan Harrington pour intégrer dans Capsis un modèle de croissance arbre individuel pour le Pin radiata avec propriétés du bois et exportation pour billonage et sciage. Dave Pont était passé à Montpellier l'année dernière à l'occasion du colloque FSMP04 et nous avions déjà passé deux jours sur ce sujet, il s'agit de poursuivre plus avant la collaboration.

Le bilan des projets dans Capsis fait état de 29 modules et 5 bibliothèques en développement. Pour plus de détail, consulter le site Capsis qui est mis à jour régulièrement : capsis.free.fr (page Documentation ou page Projets).

2. Simulations démo-génétiques dans des peuplements théoriques en transition - S. Oddou-Muratorio

Les questions posées dans cette étude : quel est l'impact des processus démographiques (ex: recolonisation post-glaciaire) sur la diversité génétique ? Comment la génétique peut-elle permettre de mieux comprendre la démographie ? Un long cycle de vie avec une phase juvénile (sans reproduction) semble être une étape clé de la dynamique.

Des approches différentes pour aborder ces questions : cartographie de diversité génétique faisant apparaitre des zones refuges avec plus de diversité (approche expérimentale) ; approche modélisation et simulation ex: modéle démographique de métapopulation de type matriciel, sous populations connectées par flux de pollen et graines. Par exemple, pour des plantes annuelles (sans phase juvénile), la colonisation entraine une forte baisse de diversité génétique, alors que pour des arbres, la phase juvénile permet d'éviter cette perte de diversité.

Autre exemple : introduction du Cèdre de l'atlas dans le Lubéron (au XIXe s., depuis l'Algérie). On peut distinguer des générations différentes G0, arbres fondateurs, G1, issus des croisements entre les fondateurs, G2, croisements des G0 entre eux, des G0 et des G1, etc... Un module Luberon a été construit dans Capsis à l'occasion du récent projet BRG. Une question : comment hierarchiser les processus qui ont une importance sur la diversité génétique ? Pour y répondre, création d'un module en parallèle : Transpop, simplifié et non dédié à un cas particulier : pour des peuplements inéquiennes ou hétérogènes, en transition : colonisation (Cèdre) ou recolonisation (Ventoux, Hêtre + Sapin). Transpop utilise la bibliothèque Genetics, avec génotypes, marqueurs, c'est un modèle individu centré spatialisé, avec des gènes neutres et des gènes reliés à des caractères adaptatifs. On simule une dispersion spatialisée du pollen et des graines avec des courbes (forme, distribution moyenne...) en se basant sur le modèle de croissance du Cèdre avec mortalité naturelle (auto-éclaircie) ou artificielle.

Le module de régénération : courbes de dispersion (pollen : exponentielle puissance, graines : exponentielle), utilisation d'un diamètre minimum de fécondité. Le module de croissance : souhait d'introduire l'effet des gènes sur la croissance, nécessité d'hypothèses sur le contrôle des gènes sur les caractères adaptatifs.

Bilan : on vise des modèles avec un nombre de paramètre < 30, on traite des espèces théoriques. Calibration des paramètres sur une gamme de variations pour différentes espèces forestières. Question de l'évaluation de l'effet des paramètres. Prévu de faire des analyses de sensibilité (prédiction des variables de sortie en fonction des variables d'entrée). Rapprochement d'un groupe de réflexion existant à Avignon sur les AS (C. Bruchon, BIA).

(F. Goreaud) Pour les modèles MADD, l'AS doit se faire aussi sur les positions initiales des arbres.

3. Connexion dynamique entre le modèle de croissance Eucalypt-dendro sous Capsis et le SIG ArcView pour l'élaboration d'un outil d'aide à la gestion des plantations d'aucalyptus au Congo - V. Cucchi (présentation)

Le site étudié est une plantation d'eucalyptus au Congo, proche de Pointe-Noire, proche également du littoral. Des clones d'eucalyptus essentiellement pour de la pâte à papier : 150 clones sur 2000 parcelles nécessitant un système d'aide à la gestion.

Eucalypt-dendro (L. Saint-André) comporte un module 1 qui à partir d'un inventaire à un temps t estime la fertilité du site, la croissance en hauteur dominante puis en surface terrière du peuplement, puis l'accroissement en surface terrière individuel et l'accroissement en hauteur individuel pour donner un inventaire à t+1. Un module 2 utilise des équations de profil de tige et de biomasse et un modèle de qualité du bois. Un module 3 calcule les teneurs en N, P, K, Ca, Mg par compartiments. On souhaite utiliser Eucalypt-dendro dans l'outil d'aide à la gestion.

Le système comportera 3 parties : Le Système d'information géographique (SIG), la base de données associée (BDD) et le module Eucalypt-dendro (Euca). Les gestionnaires souhaitent : d'une part obtenir des informatons sur le massif en temps réel, d'autre part obtenir des prédictions liées à la croissance des arbres. Question de recherche en parallèle : calibrer et valider le modèle sur les 12 clones qui représentent 70% du massif. Le SIG servira d'interface utilisateur (et seulement, dans un premier temps). L'utilisateur devra pouvoir lancer Capsis depuis le SIG, ce dernier se chargera de l'échange des données et l'utilisateur recevra et visualisera les résultats dans le SIG sous forme cartographique.

Le SIG choisi est ArcGIS (vectoriel). La BDD est en trois parties : un noyau (unités géographiques du massif, + historique), une BDD réelle (mesures sur le terrain, dendrométrie + environnment) et une BDD simulée (par Euca). Le SGBD retenu : ACCESS pour l'instant : convivial mais limitation possible en volume de données autour de 2Go. Actuellement, la BDD est remplie à la moitié de la capacité limite. La maintenance de la BDD se fera au travers du SIG ou directement. Il est prévu des formulaires de mise à jour et des procédures de génération de fichiers d'inventaires pour Euca.

Procédure : choix d'un zone et d'un clone (sélection SIG interactive ou par requête), d'une date de fin de simulation, de scénarios Euca, de modalités pour certains calculs (ex: découpe diamètre 7) et des variables en sortie (ex: les 3 modules ?). Il faudra des niveaux de verrouillage pour des utlisateurs différents.

Applications futures du SIG : rétroaction des cycles biogéochimiques sur le modèle de croissance, évolution de la fertilité au cours du temps (litières), interactions entre parcelles, flux sur le massif, données environnementales spatialisées, modèle numérique de terrain.

(F. Goreaud) Capsis peut être utilisé en background derrière d'autres interfaces. Il devient une boîte noire et le SIG remplace l'interface. C'est un point intéressant pour le transfert vers les gestionnaires.

(C. Pichot) Le SIG libre Grass travaille également en vecteur et communique aussi en SQL avec des BDD relationnelles. Postgres et Firebird sont des BDD libres. Le logiciel libre devrait être favorisé autant que possible.

(G. Cornu) Un produit commercial est parfois plus facile à utliser et distribuer à des utilisateurs finaux grâce à des efforts plus poussés sur la finition (installation en serveur...).

4. Un modèle de système agro-forestier tropical - M. Laurans

Un modèle pour l'étude de systèmes agro-forestiers plurispécifiques multistrates répandus en zone tropicale humide. On vise l'adaptation de systèmes de culture existants et la conception de nouveaux systèmes de culture durables adaptés aux contextes changeants.

Demande : thèse de M. Laurans, collaboration avec l'UMR SYSTEM et le département Cultures Pérennes du Cirad, il s'agira plutôt d'un outil de recherche que de gestion dans un premier temps.

Objectif : Elaborer un modèle de dynamique et de production dans des systèmes agro-forestiers multistrates à l'échelle de la parcelle pour prévoir les effets à long terme des choix des exploitants.

Structure : étudier l'association dans le temps et l'espace de nombreuses cultures pérennes et annuelles (environ 10 espèces visées).

Fonctionnement : choix des stratégies des producteurs, processus démographiques : un peu de mortalité et de régénération, diversité des productions et de leurs fonctions (ex1: cocotier au Vanuatu : 2 strates principales ; ex2: très complexe, irrégulier, beaucoup d'espèces).

Cahier des charges du modèle : Structure : considérer la diversité spécifique et la structure spatiale ; Fonctionnement : modéliser la dynamique du système sous différents scénarios et évaluation des performances agro-écologiques (prise en compte des interactions biophysiques dans les processus de croissance et de production).

Des modèles existants : Wanulcas : mal adapté pour la structure spatiale ; HySafe : Spatialisation prise en compte, mais le pas de temps détaillé ne permet pas d'aller au delà de quelques années.

Des questions : sur le niveau de détail des mécanismes (systèmes complexes et long terme), sur les indices de compétition à retenir, sur la prise en compte de la structure 3D des individus.

Des systèmes à base de Cocotier, Cacao, Palmier à huile, Bananier (et dans un deuxième temps Hévéa, Ananas, Café, Igname, manioc, patate douce...). Sites d'étude au Vanuatu et au Cameroun.

Un module dans Capsis : Simsys, sans modèle de culture. Focus sur les cultures pérennes (l'objet arbre) : démographie + production. Choix du peuplement initial (espèces, structures...), lois de croissance, modèle radiatif (B. Courbaud ?) et modèle de production.

(F. de Coligny) Le module Simsys utilise la bibliothèque Spatial de F. Goreaud.

(F. Goreaud) Pour répondre au problème de la localisation d'arbres au même emplacement que d'autres préalablement plantés, un travail est en cours pour spécifier des règles de plantation d'espèces par rapport à d'autres dans le module Samsara. Actuellement, on rentre sous-population par sous-population des plus anciens vers les plus jeunes : espèce, nombre, distribution en taille et critères de disposition spatiale par rapport à ce qui déjà planté. Les plantes annuelles sont dépriorisées dans Simsys, peut-être introduites dans un deuxième temps.

(G. Decélière) Est-il possible d'intégrer d'autres espèces regroupées selon des critères semblables à ceux qu'utilise N. Picard ? -> Oui, il est possible de travailler à deux niveaux avec des espèces considérées comme génériques par le système.

5. Modélisation de la dynamique de population de petits ligneux (Cytisus scoparius) pâturés pour la gestion des parcours en déprise - E. Chambon-Dubreuil

Contexte : déprise agricole depuis plusieurs années, diminution des agriculteurs actifs, extensification des pratiques, fermeture du milieu car moins de pâturage, embroussaillement par des petits ligneux augmente, perte de biodiversité.

Finalités : lutter par le pâturage contre l'envahissement des Landes, produire des connaissances pour conserver durablement la ressource.

Objectif : modéliser la dynamique de population de petits ligneux dominants dans une communauté pâturée pour déterminer les modes d'exploitation qui stabiliseront la production de ressource et détecter les modes qui conduiront à des situations irréversibles.

Bases du modèle : stratégie alimentaire des ovins (collaboration avec le SAD Avignon) : 2 catégories d'aliment : grosses masses (G) et petites masses (P), 2 compartiments de ressource : herbe et genêts (ces derniers structurent le parc).

Modes d'exploitation : fonction des saisons, intensité de pâturage, besoins du troupeau (viande), pluri-annuel ou reconduction d'une année sur l'autre. Pas de simulation : 15 jours + année pour la démographie du genêt. Plusieurs niveaux d'organisation : communauté : herbe + genêts, population : genêts individualisés et spatialisés, cycle de vie complexe : graine (dormance, répartition / pied mère), plantules, juvéniles, adultes (accessibles, inaccessibles, végétatifs avec transitions entre les différentes catégories d'adultes), aliment (fleurs, gousses, pousses, tiges).

Au moment du pâturage, bilan des ressources disponibles et utilisation. Besoin de sorties graphiques pour visualiser la fermeture du parc.

Données disponibles : données mesurées dans les Pyrénnées + données à dire d'expert.

Pourquoi Capsis ? : problématique similaire à celle de la gestion sylvicole, intérêt de la structure en modules réutilisables. Fonctionnalités récupérables + communauté de modélisateurs, récupération d'expérience par exemple pour le calcul des voisinages et la gestion des agrégats.

Résultats attendus : déterminer les scénarios de pâturages pour stabiliser la ressource, concevoir des indices de diagnostic et de pilotage, construire une méthodologie récupérable.

6. Le module Bidasoa, historique et fonctionnement - J. Labonne

Modèle de dynamique de Truite Fario en environnement fragmenté. Demandeur : GAVRNA Espagne : "Déclin de populations de Truite Fario dans la Bidasoa".

Stratégie de reproduction de la Truite Fario : résidence stricte, dévalaison jusqu'à la mer, aller-retours amont / aval, différences de tailles, celles qui vont jusqu'à la mer sont plus grosses.

Problème : fragmentation (cascades, seuils, canaux, usines hydro-électriques, etc...), isolement des meilleures zones de reproduction et de croissance. Question : la fragmentation génère-t-elle du déclin ?". Contexte : des bassins versants isolés par la distance et des barrages.

Déjà fait : cartographie de l'habitat avec in SIG (largeur, profondeur, taille de la granulométrie...), accessibilité des frayères (radiopistage des adultes), accessibilité des zones de croissance, potentiel adaptatif (distribution de la diversité génétique dans le bassin).

Construction d'un modèle de fonctionnement des populations avec plusieurs champs disciplinaires, basé sur l'individu (peuvent avoir des comportements très différents) portant des attributs et des gènes, utilisation d'un modèle de reproduction et de dispersion, système spatialement explicite et hétérogène à structure arborescente.

Dans Capsis : réseau formé de tronçons de rivière et de seuils, avec des populations de poissons dans les tronçons, interactions entre les poissons, représentations graphiques adaptées. Pas de temps mensuel, 4 mois de reproduction par an. Déplacement aléatoire ou dirigé (migration). Modèles individualisés (super- individu pour les alevins), compatible avec les groupes Capsis, extracteurs de données spécifiques. Un nouvel extracteur génétique : évolution du nombre d'allèles dans le temps (à généraliser ?). Utilisation du mode script, un mécanisme d'intervention pour le repeuplement (d'autres prévus pour le prélèvement ar pêche, modification habitat, fragmentation) et un module de pêche régulière.

Exploitation : jusqu'à 400000 poissons simultanément, 1,5Go de mémoire absorbés avec utlisation de la bibliothèque Genetics + alevins individualisés. Utilisation du mode compact : plus économe. Compatibilité avec Genetics 2.0. Cas d'étude à terme : 900km de linéaires.

Applications : scénarios de gestion, effet de la modification / suppression des barrages, diminution des prises d'eau, amélioration de l'habitat...

Relations utilisateurs : utilisateurs : ECOBIOP (recherche, 3 ou 4 personnes), un chercheur Canadien intéressé (nouveau modèle ?), GAVRNA (gestionnaire, 2 personnes, question de la licence d'utilisation à choisir). Usage : gestion à court terme. Difficultés pour les utilisateurs : philisophie de la modélisation : ce n'est pas un presse bouton. Retour positif et utile : corrections d'erreurs, suggestions pertinentes, communication. Corrections / évolutions : introduction des modules de pêche qui n'étaient pas prévus et d'interventions.

Avis sur le transfert : positif, transfert long et difficile à généraliser à d'autres utilisateurs. Pour améliorer : initier les gestionnaires à la modélisation et à ses risques, nécessité des analyses de sensibilités, etc...

(P. Dubus) Question sur l'échelle étudiée : si question au niveau du bassin versant entier, on simplifiera le modèle.

(P. Loisel) Regroupement des individus possible ? Contradictoire avec la demande des comportementalistes : des individus vers la population.

(D. Auclair) Il existe un club de modélisation regroupant l'INRA et des institus techniques sur le thème général de la modélisation qui fait des formations des agents du développement pour les sensibiliser à la modélisation.

(C. Pichot) Déplacement d'animaux dans un environnement non arborescent envisageable ? A voir, pas d'impossibilité, par exemple en se basant sur une discrétisation en cellules de terrain. Java pour les plate-formes 64 bits proposera vraisemblablement plus de capacité mémoire, à tester.

7. Le module Sylvestris + actions de transfert vers l'ONF - S. Perret

Développement par S. Perret, Th. Perot, C. Meredieu.

Sylvestris : Pin sylvestre : première essence résineuse en région Centre, bonne qualité du bois, forte demande de l'ONF. Il existe un réseau d'essais Cemagref développé sur des peuplements purs équiennes homogènes, en plantation ou régénération.

Simuler des interventions sylvicoles variées dans des conditions stationnelles variées. Construction d'un modèle arbre indépendant des distances inspiré de Laricio (C. Meredieu), avec 5 sous modèles, 2 relations proches de Laricio : croissance individuelle en diamètre et relation hauteur / diamètre. Mortalité et Hauteur dominante : modèles originaux.

Domaine de calibration : 16 dispositifs avec identification individuelle des tiges, 53 placettes (Decourt, Renecofor), 63 analyses de tiges. Force : basé sur une large gamme de sylvicultures. Faiblesses : âges faibles, fertilités proches, une seule région.

Premier ajustement sur analyses de tiges âgées, simulations sur les placettes du réseau : surestimation de la Hdom et divergences : pas utilisable, forme inadaptée dans le jeune âge.

Deuxième ajustement sur jeu de données jeune + analyses de tiges âgées : considéré correct.

Pour la mortalité : jeu de données insuffisant. Mortalité du peuplement avec droite d'auto-éclaircie et adoption d'une relation finlandaise.

Le modèle est un ensemble de sous-modèles. Peuplement de départ, accroissement en Hdom, accroissement en diamètre, nouvelle distribution, mortalité si nécessaire, nouvelle distribution, H pour les arbres, volume avec un tarif de cubage.

Perspectives : modifier la relation de mortalité (actuellement, trop tôt, trop fort). Evaluation du modèle à poursuivre.

Par rapport à Laricio : oversampling modifié : variable selon le nombre de classes de diamètre initialement entré par l'utilisateur pour toujours démarrer la simulation avec environ 60 classes de diamètre.

Pour le peuplement de départ : inventaire virtuel à développer, chargement d'inventaire réel, sélection d'un jeune peuplement réel en fonction de critères d'installation du peuplement (origine, densité d'installation, type de station) : choix sucessifs jusqu'à la détermination d'un peuplement réel.

Transfert : Organisation d'une formation à destination de l'ONF le 10 juin dernier : Pin sylvestre dans Capsis (demande de l'ONF) prévu avec la DT Centre-Ouest pour aider à l'établissement d'un guide de sylviculture des Pins de plaines, élargi ensuite à d'autres DT ONF concernées par les Pins sylvestre et Laricio.

15 personnes intéressées, 2 sessions de formation proposées. La première : le 10 juin 2005 pour 6 participants. "Prise en main des modules Laricio et Pin sylvestre sous Capsis4". Acquérir les connaissances de base nécessaire à la compréhension des modules de simulation et savoir utiliser le logiciel en autonomie. Accélérer le transfert des modules à l'ONF pour renforcer les échanges modélisateurs / utilisateurs.

Programme : Rappel Capsis4, histoire, acteurs, travaux pratiques, didacticiel, découverte ; les modèles, sur quelles données, équations, etc... ; les différents processus de chargement d'un projet, interventions, simulations avec visualisation et export ; domaine de calibration, sources d'erreurs pendant l'utilisation, comment les éviter.

Premier bilan : appréciation positive du logiciel et alternance théorie / pratique. Capsis4 n'est plus une boîte noire : démystifié. Les diverses sorties et l'ergonomie sont appréciées. Les gestionnaires semblent avoir une utilisation curieuse du logiciel, ils vont au fond des choses. Des propositions d'amélioration et de modification en lien avec leurs besoins. Nécessité de laisser du temps dans les tps (initialisation et interventions surtout).

Suggestions : processus théoriques des modèles : préciser, détailler la calibration. Utilisation des modules Laricio et Sylvestris : difficile de s'approprier les méthodes de chargement d'inventaire réel, faire plus simple. Ajout nécessaire des domaines de calibration dans les graphiques, intérêt de la représentation du RDI pour ces deux modèles.

Capsis4 : détailler les info-bulles d'interventions ; diffusion capsis4 : disposer de fiches modèles décrivant le modèle + les données + son fonctionnement.

Gestion par l'utilisateur de plusieurs versions de Capsis : des difficultés ? Plusieurs versions vont-elles coexister avec par exemple Laricio et Sylvestris d'un côté et Fagacées de l'autre ?

Perspective : solliciter des participants pour utiliser le logiciel avec leurs propres données et retour lors d'une deuxième session.

Une deuxième session de formation est prévue à l'automne pour un deuxième groupe.

(Discussion) Les utilisateurs font parfois une confusion entre plate-forme et modèle. En accord avec la charte Capsis, la formation s'est faite sur une distribution contenant Laricio et Sylvestris. Problème : il existe également une distribution avec Fagacées en circulation avec l'ONF : comment faire pour plus de cohérence ?

La sauvegarde des projets dans Capsis utilise un mécanisme automatique dit de sérialisation qui simplifie drastiquement le problème de persistence. Ce mécanisme présente l'inconvénient d'empêcher la relecture de projets sauvegardés avec une version antérieure de la plate-forme. La compatibilité ascendante aurait un coût de développement considérable, il est suggéré de faire des archives datées de la plate-forme pour relire les projets anciens (il suffit par exemple de renommer le répertoire capsis4/ en capsis4formationCemagrefNogentJuin2005/, on peut ainsi faire cohabiter plusieurs versions de capsis).

Equiper les utilisateurs (non modélisateurs au sens de la charte) avec CVS serait en désaccord avec la charte : CVS leur permettrait de récupérer la totalité de l'archive en développement, incluant les modules non encore distribués en dehors de la communauté de co-développement.

(A. Piboule) Problème de connexion au serveur CVS capsis à Montpellier depuis une machine sur un site ONF : une sécurité réseau empêche la connexion. Une question concernant la gestion des réseaux par l'ONF, une adaptation semble nécessaire.

(C. Meredieu) Comment diffuser Capsis4 à l'ONF ? Expérience de diffusion auprès du CPFA, qui s'est bien déroulée, avec des interlocuteurs connus et un retour efficace. Une autre expérience avec l'ONF s'est moins bien passée l'interlocuteur ayant été déplacé, peu de retour, des interlocuteurs mal identifiés, diffusion en interne non maîtrisée. Une suggestion : Fontainebleau pourrait prendre un rôle de diffusion de Capsis4, par l'intermédiaire de Myriam Legay et/ou Thomas Cordonnier, avec des versions périodiquement mises à jour. On pourrait formaliser le transfert avec eux et ils distribueraient en interne, et conserver le gré à gré qui semble fonctionner mieux avec les petites structures comme les coopératives privées.

Les modèles en cours de diffusion auprès de l'ONF : Mountain, Fagacées, PP3, PNN, PNL, Sylvestris et Ventoux : voir aussi les expériences de Philippe Dreyfus, Patrick Vallet et Benoît Courbaud non citées ici.

(L. Saint-André) Quelles demandes de modifications par les utilisateurs ? Portent surtout sur "la carrosserie" et des nouvelles sorties. Le risque est soulevé de passer pour une agence de moyens. Concernant l'ergonomie, T. Labbé et C. Meredieu ont constitué des fichiers rapports de synthèse html pour les gestionnaires (exportation). Certaines demandent peuvent êre renvoyées vers F. de Coligny.

(C. Meredieu) Les modèles distribués étaient accompagnées de licences spécifiant le caractère non modifiable des modules, les sources étaient non fournis et interdiction de les regénérer par reverse-engineering.

(F. Goreaud) Proposer aux gestionnaires l'option "stagiaire en commun payé par vous pour faire des adaptations de forme", C. Meredieu compte essayer.

8. Influence à long terme de la structure spatiale d'un état initial sur la dynamique d'un modèle forestier MADD : étude simulatoire avec le modèle Mountain - F. Goreaud (présentation)

On est dans le cadre de simulations à très long terme (1000 ans, non prédictif). On s'appuie sur le modèle individu-centré et spatialement explicite Mountain de B. Courbaud qui s'appuie sur la bibliothèque spatial. Ce modèle permet d'initialiser pour chaque arbre son diamètre (dbh), sa hauteur, sa position, etc... On peut utliliser soit des données réelles de parcelles expérimentales, soit simuler un état initial (un peuplement virtuel), lui même base de la simulation dynamique. On peut simuler des structures aggrégées, régulières... Les résultats de simulation peuvent être influencés par ces situations de départ non réalistes et même se trouver faux ?

On cherche à mesurer l'influence de l'état initial : aucun ? beaucoup ? pendant une période seulement ? par une étude simulatoire avec des scripts implémentant des répétitions sur une ferme de calcul et faire des comparaisons avec ou sans perturbations. 15 types et 100 répétitions : 1500 simulations avec jusqu'à 5000 arbres sur 1000 ans (1 simulation = 6h). Sur la ferme : 8000 heures de temps cpu. Formalisme des processus ponctuels : poisson (aléatoire), Gibbs (régulier, aggrégé, avec paramètres aléatoires).

Résultats : 1) Structure initiale aléatoire (même inventaire, seules les positions changent) : évolution du nombre d'arbres, on part de 5000 individus de 2 ans et on les laisse agir : d'abord forte mortalité, régénération quand lumière et apparition d'une deuxième pseudo cohorte. On a au final 4 pseudo cohortes successives. Avec 100 répétitions, la variabilité augmente avec le temps : hypothèse nulle.

2) Structure initiale variée, paquets, régulière. 100 simulations avec des états initiaux très différents. Variabilité plus grande dès le premier cycle. Superposition des courbes min et max des cas d'étude 1) et 2) : la variabilité est toujours plus large pour 2) que pour 1). Pendant les épisodes de mortalité, les variabilités sont proches. On observe des différences jusqu'à très loin dans les simulations. Influence de la structure initiale : à long terme.

Avec perturbations : trouées dans le peuplement (position, rayon et fréquence d'apparition). On n'a plus de cycles mais des fluctuations autour d'un nombre d'arbres. Quand on compare la variabilité, il n'y a plus de différence significative forte dans les min et les max. L'influence de l'état initial est diminué.

Conclusion : on a étudié le modèle (pas la forêt), donc 1000 ans ne posent pas de problèmes. On ne sait pas si la structure spatiale de l'état initial influence à long terme. Il est important d'avoir un état initial propre. Il est possible d'étudier cette influence sur tous les modèles. Utile d'évaluer la qualité des états initiaux.

9. Dynamique des jeunes faciès à Avicennia germinans des mangroves Guyanaises : lien entre un modèle de peuplement dépendant des distances et la modélisation du développement architectural des arbres - P. Heuret

Forêt tropicale : 10 000 000 de km2 avec 150/200 espèces à l'hectare. Mangrove : 100 000 km2 avec 1/10 espèces à l'hectare. Diverses fonctions : stock de carbone, alimentation des poissons et crustacés... En Guyane : alternance d'envasement (Amazone) et d'érosion qui fait évoluer le profil de côte au cours du temps. Banc de vase > stade pionnier > stade mature > stade dépérissement > forêt inondée. Colonisation progressive de cohortes, forêt naturelle hétérogène.

Des arbres fleurissent tès tôt et se reproduisent dès la premère année. Les premières graines arrivent par la mer puis il s'opère un comblement par régénération. Un site particulier d'étude pour essayer de comprendre la dynamique et la morphologie de l'arbre. Peuplement hyperdense, proche de la loi d'autoéclaircie.

Hypothèse : la croissance et la mortalité ne dépendent que de la compétition intra-spécifique (sol homogène, conditions extérieures homogènes, peuplement mono-spécifique) -> Hypothèse de modélisation.

Intégration du modèle Allemand Kiwi (Berger et HildenBrandt) qui utilise ces hypothèses dans Capsis. Mécanismes de sphères d'influence et croissance déjà implémentés. Reste à intégrer l'hétérogénéité du terrain et la régénération.

L'écosystème forestier est intéressant pour aborder le changement d'échelle de l'arbre vers le peuplement et comprendre les règles de développement de l'architecture des arbres : quelles différences architecturales entre les arbres dominants et dominés ? (pas de marqueur de l'âge).

Suivi de croissance en cours depuis un an : nombre de noeuds mis en place, accroissement en diamètre, tous les trois mois. Arbres seront coupés à la fin pour mesures architecturales. Trois classes de vigueur, puis chercher quels sont les paramètres du développement qui changent entre les vigoureux et les moins vigoureux. Faire un couplage arbre-peuplement -> jouer sur les paramètres architecturaux des arbres (longueur entre noeud, probabilité de ramification, angle de ramification...). Retrouver l'architecture des arbres à partir de la compétition.

10. Vers un modèle de croissance dendrométrique pour l'Hévéa ? Quelles implications pour Capsis ? - L. Saint-André

Projet en partenariat avec Cirad CP (A. Clément-Demange, Ph. Thaler, E. Gohet) et des partenaires Thailandais et Ivoiriens. L'Hévéa produit le cahoutchouc en zone asiatique, au Brésil, en Côte d'Ivoire... Plantations clonales, rotations de 30 ans, coupe rase puis replantation. Souvent systèmes agro-forestiers Hévéa + culture.

Au bout de 5 ans, le houppier se ferme. Plantations à 500 / 600 tiges ha pour optimiser la production de latex. Mise en saignée sur les plus gros : > 50 cm de diamètre : les dominants. Production de latex sur 20 ou 25 ans. Intervention individuelle tous les x jours (x = 2 à 4), plusieurs modes de saignées, activation à l'éthylène. Récolte tous les x jours, usine pour traitement et conditionnement.

Le bois est exploité en fin de rotation, scié pour du mobilier essentiellement, la demande de bois est croissante.

Axe de recherche : production de latex et de bois (ensemble).

Des antagonismes ont pu être mesurés dans la production de latex sur un même clone. Le groupe de recherche appliquée sur le bois d'hévéa veut étudier ces antagonismes et déterminer si certains clones sont meilleurs que d'autres pour le bois, pour le latex ou pour les deux. Des approches dendrométriques vont être essayées. Croissance et structure du peuplement avant mise en saignée, impact de la saignée sur la croissance en diamètre et en hauteur, estimations de revenus... Essayer de transposer le modèle Eucalypt-dendro à l'Hévéa avec ses 4 équations : hauteur dominante, surface terrière du peuplement, surface terrière individuelle, hauteur individuelle.

Difficulté : il existe seulement des mesures de diamètres sur l'Hévéa et Eucalypt a un moteur en hauteur.

Expérimentations sur 4 parcelles. Possible d'utiliser le modèle dendrométrique jusqu'à la saignée.

En Côte d'Ivoire, 200, 500 et 1000 tiges par hectare. A partir de la saignée, la circonférence n'augmente plus trop (pour 200 t/ha, un peu plus). Avant la saignée, le modèle dendrométrique peut s'appliquer.

Conclusion : pour le moment, pas de limitation à l'adaptation du modèle de croissance et de production à l'Hévéa, mais important de se concentrer après l'ouverture. Problème : il manque des mesures. Disponible : circonférences individuelles, essais clonaux, essais de gestion sur les arbres et le latex... Manque : hauteurs individuelles, production de latex, arbres sans saignées...

Implications dans Capsis : modèle arbre sans spatialisation. Interventions sur les arbres : saignée, stimulation hormonale. Compartiment latex avec une production. Cultures associées dans le jeune âge. Couplage de la dendrométrie pour le bois et l'écophysiologie pour le latex ? Pas de temps différents et données d'entrée différentes.

(C. Meredieu) Il existe de la Littérature sur le Pin Maritime et le Gemmage ; le gemmage affectant la croissance, mais est-ce comparable ? Concernant le problème de l'absence de mesure de la hauteur dominante, il existe un modèle dont le moteur est l'évolution du diamètre dominant, ce qui peut être efficace lorsque la densité du peuplement n'est pas variable (et c'est le cas ici) en revanche quel comportement après la saignée. Autres cas d'espèces : l'Accacias avec la gomme arabique et l'Erable au Canada (dont l'exploitation n'affecte pas la croissance).

11. Modélisation des peuplements mélangés Pin sylvestre - Chêne : élaboration d'un modèle de croissance arbre dépendant des distances - G. Decélière (présentation)

Peuplements hétérogènes : irréguliers en âge et mélangés en essences. Intérêt : biodiversité, diversité des paysages, résilience (climat, épidémie), sacrifice d'exploitabilité réduits. La sylviculture classique est inadaptée, il faut prendre en compte les caractéristiques individuelles de chaque arbre.

Mélange Chêne-Pin : 50000 ha en France dont 23000 ha dans le bassin parisien. Récoltes de données sur 60 dispositifs d'un hectare avec mélange. Le Cemagref de Nogent sur Vernisson s'intéresse à la modélisation de la structure du mélange et de sa croissance, ainsi qu'à la comparaison et l'évaluation des modèles dévéloppés.

Une cartographie complète de 26 dispositifs (M.-A. Ngo Bieng) : coordonnées, circonférence, évaluation de la hauteur.

Sous Capsis4 : disponibilité de deux modules : Fagacées pour le Chêne et Sylvestris pour le Pin sylvestre, deux modèles arbre indépendant des distances mono-spécifiques réguliers.

Deux modèles en projet : d'abord un MAID du mélange avec croissance sous la forme potentiel * réducteur, puis un MADD du mélange. Comparaisons possibles : sorties de Fagacées et Sylvestris avec les sorties du MAID Chêne-Pin ; sorties du MAID avec celles du MADD pour mesurer l'effet de la variabilité locale. Puis choix du modèle le plus pertinent, critique des performances et des fonctionnalités (le MADD nécessite des données individuelles...).

Liaisons à faire avec le LISC, l'EPGR, le Lerfob, l'URFM, le Cirad forêt.

(L. Saint-André) Question sur le portentiel de croissance. Basé sur la hauteur dominante de chaque espèce. Recalibration éventuelle de Fagacées et Sylvestris.

Nécessité d'une formation Capsis en fin d'année (Octobre ?). Candidats déjà déclarés : Grégory Decélière (modèle Pin-Chêne), Patrice Loisel (projet d'intégration d'un modèle de Daniel Gerdeaux), Marie-Ange Ngo Bieng (interventions dans la bibliothèque spatial), Thomas Perot (travail avec G. Decélière).







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