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Modélisation floue de l'habitat du saumon atlantique Salmo salar.

Mocq, Julien (2013). Modélisation floue de l'habitat du saumon atlantique Salmo salar. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifiqu, Doctorat en sciences de l'eau, 198 p.

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Résumé

Cette thèse, réalisée à l'INRS sous la direction des professeurs André St-Hilaire et Rick Cunjak, s'est voulue une contribution à l'amélioration et au développement d'une méthode de modélisation de l'habitat de trois stades de vie du saumon atlantique Salmo salar à l'aide de la logique floue. Atteindre cet objectif est passé dans un premier temps par l'estimation de l'incertitude associée à l'élicitation de multiples experts pour la définition et la combinaison des indices de préférence d'habitat, puis par l'étude des influences des expériences personnelles des experts sur les estimations d'aires pondérées d'habitat utile, et enfin, par l'étude de l'impact des méthodes de prises de mesures lors de l'échantillonnage de terrain (mesures en un point vs multiples mesures à l'intérieur d'une superficie prédéterminée). La logique floue permet de pallier certaines limitations qu'ont de nombreuses méthodes de modélisation de l'habitat: sa capacité intrinsèque à gérer les incertitudes et à intégrer aisément les connaissances de multiples intervenants permettrait aux modèles flous d'être facilement exportables sur de nombreuses rivières et de produire des résultats fiables et pertinents. Nous avons donc développé les modèles d'habitat des jeunes de l'année, des tacons et des adultes frayants du saumon atlantique. Pour cela, trente experts du saumon ont défini chacun les ensembles et règles flous de ces modèles, c'est-à-dire la définition des catégories des variables vitesse du courant, taille du substrat, profondeur et Indice de Qualité d'Habitat (IQH), et ensuite les IQH résultants des combinaisons des catégories des trois variables physiques entre elles. Dans un premier temps, ces modèles flous ont été utilisés pour calculer des aires pondérées d'habitat utile à partir des simulations hydrauliques faites sur certains tronçons de la rivière Romaine (Québec, Canada) à l'aide du modèle HEC-RAS. Ainsi, pour chaque expert et pour chaque stade de vie, une courbe d'Aires Pondérées Utiles (APU) standardisée en fonction d'un débit croissant a été développée. Avec des valeurs d'APU standardisées variant entre 0 et l, ces courbes avaient pour la plupart une forme caractéristique, à savoir une augmentation initiale des APU pour des débits croissants, jusqu'à atteindre un maximum ou un plateau. De cet ensemble de courbes, une courbe médiane d'APU a été calculée, ainsi que les intervalles de confiance l'entourant, obtenus par un rééchantillonnage de type bootstrap. Ces intervalles de confiance se sont avérés relativement étroits et, dans le cadre d'une gestion de débits, permettraient d'évaluer les variations de la réponse des habitats disponibles pour un débit donné. Afin de pouvoir être appliqué dans le cadre de gestion, il est nécessaire de valider les performances du modèle, c'est-à-dire certifier de son bon fonctionnement et de la justesse de ses prédictions. Le modèle développé pour les jeunes de l'année a été validé à l'aide de données de la rivière Romaine fournies par une firme de consultant, et le modèle des tacons a été validé grâce à des données des rivières Romaine, de même que celles provenant des rivières Little Southwest Miramichi, Catamaran (N.-B.) et Sainte-Marguerite (Qc). Les mesures de vitesse, de taille du substrat et de profondeur ont été échantillonnées sur ces trois derniers cours d'eau, sur des transects de 8 sites et à chaque présence de tacons. Ainsi, il a été possible de comparer les distributions des valeurs des IQH prédits pour des présences et celle pour les absences. Pour les deux stades de vie, les valeurs d'IQH déterminées par les modèles étaient significativement plus fortes pour les présences que pour les absences. La justesse des prédictions d'un modèle dépend de la pertinence de la méthode d'échantillonnage des mesures environnementales. Ainsi, nous nous sommes questionnés sur la distance optimale des prises de mesures autour du poisson, afin d'obtenir les meilleures prédictions. Pour cela, lors de la campagne de terrain sur les rivières Catamaran, Little Southwest Miramichi et Sainte Marguerite, les variables vitesse et profondeur ont été mesurées à l'emplacement même du poisson, puis à 5 endroits différents dans un quadrat ayant une longueur de 10, 25 et 50 cm. Les proportions des différentes granulométries ont été considérées sur des surfaces croissantes en rapport avec les distances testées. Une distance supplémentaire, jusqu'à 100 cm, a été ajoutée en intégrant les données des points des transects les plus proches. Ainsi, il a été possible de montrer que les IQH déterminés par le modèle flou des tacons étaient les plus forts et la variabilité la plus faible pour une distance de 50 cm, correspondant approximativement à la moyenne de la surface du territoire des tacons. Enfin, les experts impliqués dans notre projet avaient des expériences et des formations différentes. Or, chaque expérience personnelle modifie la perception de l'expert de son environnement, devenant alors la base fondamentale des modélisations basées sur les connaissances d'experts et la source de biais qui peuvent rendre difficile l'agrégation d'experts entre eux. Pour chaque stade de vie, des courbes médianes d'APU et leurs intervalles de confiance ont été tracés de la même manière que celle décrite pour le protocole initial, en séparant toutefois les experts selon l'expérience personnelle testée: l'étendue géographique des connaissances de l'expert (Europe ou Amérique du Nord), l'origine de leurs connaissances (connaissances issues principalement du travail de terrain ou issues d'un mélange équilibré entre travail de terrain et littérature académique) et le secteur d'emploi (institution privée ou publique). L'influence de l'expérience personnelle testée était considérée comme significative dès que les intervalles de confiance cessaient de se chevaucher. Seule l'étendue géographique des connaissances des experts dans le modèle flou d'habitat de reproduction a montré une influence significative. En conséquence, même si nos résultats pouvaient ne pas être applicables pour d'autres systèmes, le choix d'experts locaux en modélisation est recommandé.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: St-Hilaire, André
Co-directeurs de mémoire/thèse: Cunjak, Richard
Mots-clés libres: modélisation; logique floue; habitat; saumon atlantique; Salmo salar
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 25 févr. 2014 22:42
Dernière modification: 24 nov. 2015 21:16
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/2076

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