Cartographie multi-échelles des services écosystémiques : caractérisation des associations spatiales et apports de la télédétection

par Rémy Lasseur

Thèse de doctorat en Biodiversité-Ecologie-Environnement

Sous la direction de Sandra Lavorel et de Pierre-Yves Longaretti.

Soutenue le 10-07-2017

à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire d'écologie alpine (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Sylvain Bigot.

Le jury était composé de Emmanuel Prados.

Les rapporteurs étaient Johan Oszwald, Philip Roche, Jacques Imbernon.


  • Résumé

    Les mutations de la société au cours du dernier siècle ont de fortes répercussions sur le fonctionnement de la majorité des écosystèmes. Notre société fait face à un paradoxe complexe défini par la nécessité de satisfaire des conditions de vie décentes d’une population mondiale croissante tout en limitant les impacts négatifs sur les écosystèmes. Le concept de service écosystémique a été proposé pour accompagner la résolution de ce paradoxe et de nombreuses attentes reposent sur ce concept. Mon travail de thèse a pour objectifs d’évaluer les apports actuels de la cartographie des services écosystémiques pour caractériser les patrons spatiaux et déterminants de la multifonctionnalité des territoires.Dans le chapitre I nous proposons une analyse des associations entre le service de production agricole et quatre services de régulation au niveau des surfaces agricoles de la région Rhône-Alpes (France). Ce travail nous permet de revenir sur la définition des compromis et synergies entre services écosystémiques aussi bien que sur le concept de bouquet de services écosystèmiques. Par ailleurs, en s’inspirant du concept de niche écologique pour les espèces, nous évaluons l’adéquation spatiale entre la fourniture de services écosystèmiques et les caractéristiques socio-écologiques des milieux (i.e. leur niche socio-écologique). Nos résultats révèlent une grande variabilité dans les associations entre le service de production agricole et les services de régulation. Cette observation souligne le poids des modalités de gestion agricole dans l’orientation des associations entre services écosystèmiques. Par ailleurs, nous soulevons de nombreuses interrogations vis-à-vis de la robustesse des analyses courantes des bouquets de services écosystèmiques.L’influence de la résolution spatiale des données de modélisation sur la cartographie des services écosystèmiques est évaluée dans le chapitre II. Pour cela nous comparons les cartes utilisées dans le premier chapitre avec les informations apportées par un projet de cartographie de services écosystèmiques à haute résolution spatiale sur la région de Grenoble (projet ESNET). Cette analyse alimente une réflexion sur les limites des modèles utilisés pour cartographier les services écosystémiques.Dans le but d’améliorer la modélisation des services écosystémiques fournis par les terres agricoles, nous développons dans le chapitre III, une approche basée sur la télédétection pour cartographier l’utilisation des terres agricoles dans la région de Grenoble. L’utilisation conjointe de données satellitaires MODIS et RapidEye nous permet de déterminer les successions culturales sur 5 années à la résolution de la parcelle agricole. Validée par les données du registre parcellaire graphique, l’utilisation de ces données spatialement explicites améliore significativement notre capacité de cartographie de la production agricole et pourrait être utilisée pour cartographier de nombreux autres services écosystèmiques.Alors que le chapitre III est focalisé sur l’utilisation de la télédétection pour la cartographie de l’utilisation des terres agricoles, le chapitre IV propose une synthèse des autres utilisations des données de télédétection pouvant potentiellement contribuer à la modélisation des services écosystémiques. Ce travail est une mise en correspondance entre les capacités des approches de télédétection et les besoins des modélisateurs de services écosystémiques, sur la base d’une analyse bibliographique d’un large panel d’études de cartographie des services écosystémiques

  • Titre traduit

    Multi-scale mapping of ecosystem services : characterizing spatial associations and insights from remote sensing


  • Résumé

    Societal changes over the last century have strongly affected the majority of ecosystem dynamics. Our society is facing a complex paradox: how to maintain decent livelihoods for the world population while limiting negative effects of human activities on ecosystems? The concept of ecosystem services has been proposed to contribute to the solving of this paradox and it holds strong expectations. My PhD research aims at assessing the contribution of ecosystem services mapping to the definition of patterns and drivers of landscape multifunctionality.Chapter I analyses the spatial associations between the agricultural production service and four regulating services over the agricultural lands of the Rhône-Alpes region (France). This work allows us to insist on the ways trade-off and synergies between ecosystem services are defined as well as on the characterization of bundles of ecosystem services. Furthermore, taking advantage of the "ecological niches” concept usually applied to biodiversity, we assess spatial matching between the supply of ecosystem services and the socio-ecological specificities of associated areas, i.e. their social-ecological niche. Our results highlight a large variability concerning associations between agricultural production and regulating services, which illustrates the strong influence of farming practices (e.g., in terms of intensity) in defining the strength of associations between multiple services. In addition, we raised the issue of the robustness of standard statistical analyses to consistently identify bundles of ecosystem services.Chapter II assesses the influence of spatial resolution of modeled data on ecosystem services mapping. To this end, we compare the maps used in the first chapter with high spatial resolution data provided at Grenoble area scale (in the context of the ESNET project). Based on this comparison, we discuss the limits of models used to map ecosystem services.To improve the mapping of ecosystem services supplied by agricultural areas, we propose, in chapter III, a remote sensing-based approach to map agricultural land uses at high resolution on Grenoble region. Simultaneous use of MODIS and Rapideye satellite data allows us to determine cropping successions for 5 years at farming plot scale. These spatially explicit data significantly improved our abilities to map agricultural productions and may be used to map several other ecosystem services.To complete the third chapter, chapter IV gives a synthesis of remote sensing approaches that could be used to map ecosystem services, focusing on methods that are not linked to land uses identification. Based on a wide panel of ecosystem services mapping studies, we highlight data currently needed to map ecosystem services. Then we bridge these needs and the potential of remote sensing approaches for ecosystem services modelers.


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