Évaluation des services écosystémiques par la méthode des matrices de capacité : analyse méthodologique et applications à l'échelle régionale

Ecosystem services assessment based on the capacity matrix: methodological analysis and regional-scale applications

Campagne, C.S.

Type de document
Thèse
Langue
Français
Affiliation de l'auteur
IRSTEA AIX EN PROVENCE UR FRA
Année
2018
Résumé / Abstract
Les services écosystémiques (SE) sont définis comme les bénéfices que les humains retirent des écosystèmes. Parmi les différentes approches d'évaluation des SE, la matrice de capacité est une méthode considérée comme flexible et rapide à mettre en oeuvre. Constituée d'une table d'allocation d'un score pour chaque SE et chaque écosystème considéré, elle est de plus en plus utilisée en France, ainsi qu'à l'international. Dans le cadre de cette thèse nous avons travaillés sur l'évaluation des scores à dire d'experts dans le but, notamment, de déterminer certains biais et limites méthodologiques, mais également d'explorer des développements innovants pour différentes applications. La première partie de la thèse porte sur l'analyse méthodologique des potentialités et des limites des matrices de capacité à dire d'experts. Nous avons étudié la variabilité, les indices de confiance, ainsi que le nombre de participants nécessaires pour remplir la matrice. De plus, nous avons comparé plusieurs calculs du score final de la matrice en utilisant des statistiques classiques, bootstrappées et des estimations bayésiennes. Nous avons ensuite développé une méthodologie en sept points pour produire des matrices basées sur les connaissances d'experts et clarifier les différentes façons de remplir la matrice. Enfin, nous avons comparé les scores de sept services de la matrice à dire d'experts à huit indicateurs biophysiques quantitatifs à l'échelle de la Région Hauts-de-France. Les résultats montrent que l'utilisation des connaissances des experts par le biais de l'approche des matrices permet de disposer de résultats proches des proxys quantitatifs ou des modèles biophysiques pour l'évaluation des SE au niveau régional. En deuxième partie, en partenariat avec la DREAL nous avons réalisé une évaluation de la capacité de l'ensemble des habitats de la Région Hauts-de-France à produire des SE. Puis, en partenariat avec la DREAL et le bureau d'étude Écosphère, nous avons testé l'intégration des SE dans les évaluations environnementales à partir des résultats de la matrice. Nous avons également testé l'évaluation de la durabilité de l'usage en SE sur le Parc Naturel Régional (PNR) Scarpe-Escaut à travers la balance entre la capacité et l'usage des services ainsi que leur relation avec des indicateurs de l'intégrité écologique. Dans ce but, nous avons élaboré une matrice des capacités et une des usages, une validation des résultats de la balance lors d'un atelier de restitution et une enquête en ligne. Sur le PNR Scarpe-Escaut, le bilan montre une majorité de situations positives, indiquant un usage durable. Nous avons aussi mis en avant les types d'écosystèmes et les SE sensibles et susceptibles d'être non durables pour les intégrer aux politiques publiques. La troisième partie est basée sur une volonté d'aller vers une méthode plus intégrative au niveau territorial pour prendre en compte plusieurs dimensions de la relation Homme-Nature. Pour cela, nous nous sommes intéressés à l'évaluation des disservices écosystémiques et de l'intégrité écologique en complément des SE eux-mêmes. Bien que nous ayons initié des travaux et notamment une réflexion conceptuelle et bibliographique sur la notion d'intégrité écologique, nous n'avons pas pu aller jusqu'à l'évaluation de l'intégrité écologique sur la base d'indicateurs ad-hoc. Nos résultats mettent notamment en avant l'importance de définir clairement la forme d'intégrité écologique souhaitée pour utiliser des indicateurs appropriés. En conclusion, les travaux réalisés pendant la thèse ont permis de clarifier la méthodologie des matrices à dire d'experts, de proposer des développements méthodologiques innovants et de tendre vers une approche intégrative des services pour répondre aux problématiques territoriales avec une robustesse scientifique.
Ecosystem services (ES) are the benefits that humans derive from ecosystems. Among the different approaches developed to assess ES, the capacity matrix is flexible and quick to implement. The matrix is a look-up table that assigns each ecosystem type a score expressing its ES capacity. It is increasingly used in France, Europe and internationally. However, for a filling-in process based on experts' judgements, recommendations are needed on collecting and integrating the experts' knowledge to improve control of some of the method's biases and limitations. The first part describes a methodological analysis of the potential and limits of the expert- based matrix. We studied the number of participants required to complete the matrix, analysed variability and determined a confidence index. We compared three approaches to estimate the score means and standard errors: usual statistics, bootstrapping, and Bayesian models. We proposed a seven-step methodology for the expert-based matrix approach to promote cogency in the method and coherence in the matrices produced. Finally, we compared the scores of seven services in the expert matrix with eight spatial quantitative biophysical indicators at the scale of the Hauts-de-France Region. We show that using expert knowledge through the matrix approach yields results very close to those from quantitative proxies, indicators or biophysical models for the evaluation of ES at the regional level. In the second part, we assess the capacity of all the habitats of the Hauts-de-France Region to produce ES. We tested, in partnership with DREAL and the Ecosphere design office, the integration of ES into environmental assessments based on the matrix results. Findings show the usefulness of integrating ES into the existing components of environmental assessments in France. We addressed the assessment of the sustainability of ES use in the Scarpe-Escaut Regional Natural Park (RNP). We assessed the biophysical sustainability of ecosystem uses through the balance of capacity and use of services and their relation to ecological integrity indicators. We thus developed a capacity matrix and a usage matrix and validation of the results in a feedback workshop and an online survey. On the Scarpe-Escaut RNP, we found a majority of positive situations, indicating sustainability. We also highlight sensitive and potentially unsustainable ecosystem types and ES to integrate them into public policies. The third part addresses the need for a more integrative assessment of ES and a fuller account of the relation between humans and nature. Here we focused on the assessment of ecosystem disservices and on the concept of ecological integrity as a complement to ES. We show that the use of capacity matrices is also relevant for the assessment of disservices. Although we initiate a conceptual and bibliographical reflection on ecological integrity, we cannot yet assess ecological integrity based on appropriate indicators. However, we highlight the importance of clearly defining the desired form of ecological integrity to use appropriate indicators. This work clarifies the methodology of the matrix approach, proposes innovative methodological developments and moves towards an integrative approach of ES to respond to territorial issues with scientific robustness.
Diplôme
Thèse de Doctorat Sciences de l'Environnement spécialité Écologie

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