Calcul intensif pour l'évaluation de la vulnérabilité en utilisant une approche d'Ingénierie Dirigée par les Modèles : application à la vulnérabilité des prairies au changement climatique sous contraintes de plans d'expériences

La vulnerabilite est le degre de stress ou de perturbation qu’un systeme humain et environnemental est capable de supporter avant d’etre endommage. Au cours des dernieres annees, c’est devenu un sujet central de l’etude du changement global (incluant le changement climatique), et l’evaluation de la vulnerabilite des agro-ecosystemes aux changements climatiques s’inscrit en effet dans les axes prioritaires de l’Institut National de la Recherche Agronomique (INRA). La litterature sur le changement climatique contient de nombreuses explications de la vulnerabilite, basee sur la notion de sensibilite et faisant eventuellement appel a des idees plus complexes, depuis la prise en compte de l’exposition jusqu’aux impacts residuels du changement climatique apres mise en place de mesures d’adaptation. Dans le cadre des activites de l’Unite de Recherche sur les Ecosystemes Prairiaux (UREP), l’interet porte sur la vulnerabilite des systemes prairiaux et d’elevage face aux risques de reduction de la production laitiere et herbagere, ainsi que la problematique de l’augmentation des emissions de gaz a effet de serre qui accompagne la production des services d’un ecosysteme prairial.Compte-tenu du fait que l’analyse de vulnerabilite s’apparente a une forme d’analyse de sensibilite et de la cascade d’incertitudes lors des evaluations des impacts du changement climatique, un grand nombre de simulations sont necessaires. Dans ce cadre, afin de reduire le temps d’attente utilisateur, la conception d’un plan experimental approprie est necessaire, ainsi que l’utilisation du calcul a haute performance. De plus, l’analyse de vulnerabilite peut se composer de nombreuses etapes parmi lesquelles on trouve la conception (choix du modele agro-ecologique, des variables d’interet, des scenarii et des seuils de reference, la distribution des parametres, …), la generation de plans experimentaux, la creation de surfaces de reponse, le calcul de metriques (par exemple des indices de vulnerabilite) et l’optimisation (a travers la conception et l’evaluation de mesures d’adaptation) de la vulnerabilite. A notre connaissance, aucun outil specifique n’a ete concu ou valide dans le but de faciliter l’execution de la majeure partie des tâches enoncees precedemment. Ainsi, la problematique de cette these a ete de proposer une methode generique pour la realisation d’une analyse de vulnerabilite sous changement climatique. Le travail realise dans cette these a donc commence par une revision du concept de vulnerabilite et la proposition d’une demarche generique, en s’appuyant sur une synthese critique des notions de l’etat de l’art. Ensuite, avec une approche d’Ingenierie Dirigee par les Modeles, nous avons concu un outil informatique pour l’analyse de vulnerabilite. Cet outil, implemente avec le cadriciel Eclipse Modeling Framework (EMF),est generique, modulaire et permet la distribution et l’interpretation des simulations. Enfin,des exemples applicatifs d’analyse de vulnerabilite au changement climatique ont ete realises a l’aide des solutions proposees precedemment. Cette demarche s’est notamment appuyee sur l’utilisation du modele biogeochimique d’ecosysteme prairial PaSim ([Riedo et al., 1998], [Vuichard 2007a], [Graux 2011]).