Contexte
Dans un contexte de changement global, il est essentiel de pouvoir modéliser les trajectoires des habitats biogéniques côtiers (tels que les herbiers marins, les récifs coralliens ou les mangroves) afin de prédire leur évolution sous l’influence des forçages environnementaux et anthropiques. Ces modèles sont indispensables pour anticiper les mesures de gestion, préserver les écosystèmes et simuler différents scénarios de changement. Parmi les méthodes développées pour modéliser ces écosystèmes, les modèles couplés physique–biologie occupent une place centrale. Ils permettent de représenter à la fois :
- l’environnement physique (courants, température, turbidité, hauteur d’eau),
- et la dynamique biologique des habitats biogéniques, influencée par ces forçages physiques et modifiant en retour cet environnement.
Par exemple, la présence d’un herbier ralentit les courants et améliore la clarté de l’eau, tandis qu’une température trop élevée peut provoquer sa disparition. Cependant, les modèles de la composante physique reposent sur la résolution d’équations différentielles aux dérivées partielles avec des pas de temps très courts, ce qui rend les simulations extrêmement coûteuses en calcul.
Objectif du stage
L’objectif du stage est de réduire le coût de calcul de ces modèles couplés en développant un métamodèle capable de représenter la composante physique et de fournir au modèle écologique (un réseau bayésien dynamique) des données environnementales synthétiques.
Le site d’étude choisi est le bassin d’Arcachon, où des simulations de modèles couplés physique–biologie (modèle d’océan côtier et réseau bayésien dynamique de croissance des herbiers) sont déjà disponibles.Méthodologie
Le stage consistera à comparer plusieurs approches de métamodélisation, parmi lesquelles
- Régression par champ gaussien (Gaussian Process Regression)
- Forêts aléatoires (Random Forest)
- Boosted Regression Trees
- Réseaux de neurones
Les principales étapes seront :
- Identifier les méthodes les plus adaptées à la nature du modèle d’hydrodynamique
- Mettre en œuvre les approches retenues sur le cas d’étude du bassin d’Arcachon :
- sélection des variables de sortie d’intérêt, nécessaires au modèle de réseau bayésien dynamique de croissance des herbiers marins
- construction de l’ensemble d’apprentissage
- Comparer les méthodes selon plusieurs critères :
- précision des prédictions
- temps de calcul (apprentissage et prédiction)
- facilité de paramétrage et robustesse.
Résultats attendus
Ce travail permettra d’évaluer l’efficacité des différentes approches de métamodélisation pour remplacer ou compléter la physique du modèle complet. À terme, il contribuera à accélérer la simulation des dynamiques côtières, facilitant ainsi la gestion et la préservation des habitats biogéniques du bassin d’Arcachon.
Le stage sera encadré par Nathalie Peyrard
