Interactions spatiales et auto-organisation des végétations semi-arides

Les recherches récapitulées dans cette thèse de doctorat ont porté sur les causes de l’organisation spatiale des végétations périodiques. Ces structures paysagères aux motifs réguliers, tachetés, tigrés ou labyrinthiques, d’échelle décamétrique à hectométrique, couvrant des étendues considérables sur au moins trois continents, constituent un cas d’école dans l’étude des processus endogènes présidant à l’hétérogénéité du couvert végétal. Ces structures prennent place sur un substrat homogène, mis à part la rétroaction du couvert lui-même, et sont marquées par des écotones abrupts et la persistance d’une proportion considérable de sol nu. Plusieurs modèles ont mis en avant l’existence possible d’un phénomène d’auto-organisation du couvert, qui verrait une structure d’ensemble émerger des interactions locales entre individus. Ces modèles se basent sur le jeu simultané de la consommation de la ressource (compétition) et de l’amélioration de l’un ou l’autre des éléments du bilan de la même ressource par le couvert (facilitation). La condition à l’existence d’une structure d’ensemble spatialement périodique et stable réside dans une différence entre la portée de la compétition (plus grande) et celle de la facilitation. L’apparition de ces structures est modulée par le taux de croissance biologique, qui est le reflet des contraintes extérieures telles que l’aridité, le pâturage ou la coupe de bois. Le modus operandi des interactions spatiales supposées entre individus reste largement à préciser.

Nos recherches ont été menées au sud-ouest de la République du Niger, à l’intérieur et dans les environs du parc Régional du W. Trois axes ont été explorés :(i) Une étude de la dépendance spatiale entre la structure de la végétation (biovolumes cartographiés) et les paramètres du milieu abiotique (relief, sol), sur base d’analyses spectrales et cross-spectrales par transformée de Fourier (1D et 2D). (ii) Une étude diachronique (1956, 1975 et 1996) à large échelle (3000 km²) de l’influence de l’aridité et des pressions d’origine anthropique sur l’auto-organisation des végétations périodiques, basée sur la caractérisation de la structure spatiale des paysages sur photos aériennes via la transformée de Fourier en 2D. (iii) Trois études portant sur les interactions spatiales entre individus :En premier lieu, via l’excavation des systèmes racinaires (air pulsé) ;Ensuite, par un suivi spatio-temporel du bilan hydrique du sol (blocs de gypse) ;Enfin, via le marquage de la ressource par du deutérium.

Nous avons ainsi pu établir que les végétations périodiques constituent bien un mode d’auto-organisation pouvant survenir sur substrat homogène et modulé par les contraintes climatiques et anthropiques. Un ajustement rapide entre l’organisation des végétations périodiques et le climat a pu être montrée en zone protégée. La superficie et l’organisation des végétations périodiques y ont tour à tour progressé et régressé en fonction d’épisodes secs ou humides. Par contre, en dehors de l’aire protégée, la possibilité d’une restauration du couvert semble fortement liée au taux d’exploitation des ressources végétales. Ces résultats ont d’importantes implications quant à la compréhension des interactions entre climat et écosystèmes et à l’évaluation de leurs capacités de charge. La caractérisation de la structure spatiale des végétations arides, notamment par la transformée de Fourier d’images HR, devrait être généralisée comme outil de monitoring de l’état de ces écosystèmes. Nos études portant sur les modes d’interactions spatiales ont permis de confirmer l’existence d’une facilitation à courte portée du couvert végétal sur la ressource. Cependant, cette facilitation ne semble pas s’exercer sur le terme du bilan hydrique traditionnellement avancé, à savoir l’infiltration, mais plutôt sur le taux d’évaporation (deux fois moindre à l’ombre des canopées). Ce mécanisme exclut l’existence de transferts diffusifs souterrains entre sols nu et fourrés. Des transferts inverses semblent d’ailleurs montrés par le marquage isotopique. L’étude du bilan hydrique et la cartographie du micro-relief, ainsi que la profondeur fortement réduite de la zone d’exploitation racinaire, jettent de sérieux doutes quant au rôle communément admis des transferts d’eau par ruissellement/diffusion de surface en tant que processus clé dans la compétition à distance entre les plantes. L’alternative réside dans l’existence d’une compétition racinaire de portée supérieure aux canopées. Cette hypothèse trouve une confirmation tant par les rhizosphères excavées, superficielles et étendues, que dans le marquage isotopique, montrant des contaminations d’arbustes situés à plus de 15 m de la zone d’apport. De même, l’étude du bilan hydrique met en évidence les influences simultanées et contradictoires (facilitation/compétition) des ligneux sur l’évapotranspiration.

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This PhD thesis gathers results of a research dealing with the causes of the spatial organisation of periodic vegetations. These landscape structures, featuring regular spotted, labyrinthine or banded patterns of decametric to hectometric scale, and extending over considerable areas on at least three continents, constitute a perfect study case to approach endogenous processes leading to vegetation heterogeneities. These patterns occur over homogeneous substratum, except for vegetation’s own feedbacks, and are marked by sharp ecotones and the persistence of a considerable amount of bare soil. A number of models suggested a possible case of self-organized patterning, in which the general structure would emerge from local interactions between individuals. Those models rest on the interplay of competitive and facilitative effects, relating to soil water consumption and to soil water budget enhancement by vegetation. A general necessary condition for pattern formation to occur is that negative interactions (competition) have a larger range than positive interactions (facilitation). Moreover, all models agree with the idea that patterning occurs when vegetation growth decreases, for instance as a result of reduced water availability, domestic grazing or wood cutting, therefore viewing patterns as a self-organised response to environmental constraints. However the modus operandi of the spatial interactions between individual plants remains largely to be specified.

We carried out a field research in South-West Niger, within and around the W Regional Park. Three research lines were explored: (i) The study of the spatial dependency between the vegetation pattern (mapped biovolumes) and the factors of the abiotic environment (soil, relief), on the basis of spectral and cross-spectral analyses with Fourier transform (1D and 2D). (ii) A broad scale diachronic study (1956, 1975, 1996) of the influence of aridity and human induced pressures on the vegetation self-patterning, based on the characterisation of patterns on high resolution remote sensing data via 2D Fourier transform. (iii) Three different approaches of the spatial interactions between individuals: via root systems excavation with pulsed air; via the monitoring in space and time of the soil water budget (gypsum blocks method); and via water resource labelling with deuterated water.

We could establish that periodic vegetations are indeed the result of a self-organisation process, occurring in homogeneous substratum conditions and modulated by climate and human constraints. A rapid adjustment between vegetation patterning and climate could be observed in protected zones. The area and patterning of the periodic vegetations successively progressed and regressed, following drier or wetter climate conditions. On the other hand, outside protected areas, the restoration ability of vegetation appeared to depend on the degree of vegetation resource exploitation. These results have important implications regarding the study of vegetation-climate interactions and the evaluation of ecosystems’ carrying capacities. Spatial pattern characterisation in arid vegetations using Fourier transform of HR remote sensing data should be generalised for the monitoring of those ecosystems. Our studies dealing with spatial interaction mechanisms confirmed the existence of a short range facilitation of the cover on water resource. However, this facilitation does not seem to act through the commonly accepted infiltration component, but rather on the evaporative rate (twice less within thickets). This mechanism excludes underground diffusive transfers between bare ground and vegetation. Inverse transfers were even shown by deuterium labelling. Water budget study and micro-elevation mapping, along with consistent soil shallowness, together cast serious doubts on the traditional mechanism of run-off/diffusion of surface water as a key process of the long range competition between plants. An alternative explanation lies in long range root competition. This hypothesis find support as well in the excavated root systems, shallow and wide, as in isotopic labelling, showing contaminations of shrubs located up to 15 m of the irrigated area. Water budget study also evidenced simultaneous contradictory effects (facilitation/competition) of shrubs on evapotranspiration.

Insufficient Evidence of Jatropha curcas L. Invasiveness: Experimental Observations in Burkina Faso, West Africa

Biofuel plants such as Jatropha curcas L. have potential to support the livelihoods of rural communities and contribute to sustainable rural development in Africa, if risks and uncertainties are minimized. Yet, recent papers have warned of the risk of biological invasions in such tropical regions as a consequence of the introduction of exotic biofuel crops. We investigated the seed dispersal risk and invasiveness potential of both J. curcas monoculture plantations and live fences into adjacent cultivated and uncultivated land use systems in Sissili province, Burkina Faso. Invasiveness potential was assessed through (i) detecting evidence of natural regeneration in perimeters around J. curcas plantations and live fences, (ii) assessing seed dispersal mechanisms, and (iii) assessing seedling establishment potential through in situ direct seed sowing. Spontaneous regeneration around the plantation perimeters of the three sites was very low. Individual seedling density around J. curcas live fences was less than 0.01 m⁻² in all sites. Seventy percent of the seedlings were found close to the live fence and most of them derived from the same year (96 %), which indicates low seed-bank longevity and seedling survival. J. curcas can be dispersed by small mammals and arthropods, particularly rodents and ants. In some sites, such as in Onliassan, high secondary seed dispersal by animals (up to 98 %) was recorded. There were highly significant differences in germination rates between seeds at the soil surface (11 %) and those buried artificially at 1–2-cm depth (64 %). In conclusion, we failed to find convincing evidence of the spreading of J. curcas or any significant impact on the surrounding environment.

La notion de « qualité » des publications dans l’évaluation de la recherche et des chercheurs en sciences humaines et sociales: Le potentiel de l’Open Access pour dépasser le paradoxe des prescriptions en matière de qualité et l’ambivalence de leur perception par les chercheurs en sciences de la communication

1. Un premier apport de notre travail consiste à proposer un cadre théorique, analytique et conceptuel original, permettant d'approcher la notion de qualité des publications en SHS (sciences humaines et sociales) et en sciences de la communication de façon à la fois holistique et dynamique, en tant qu'elle fait l'objet de descriptions et de jugements multiples, émis par une diversité de parties prenantes, au sein et en dehors des milieux académiques. Pour ce faire, il s'agira de considérer la qualité dans ses différentes dimensions constitutives (approche holistique) tout en l'inscrivant dans le cadre d'évolutions tendancielles en matière de publication scientifique (approche dynamique) et en tenant compte de la qualité telle qu'elle est prescrite, souhaitée et mise en oeuvre par les différentes parties prenantes (chercheurs et entités prescriptrices, aux niveaux politique et managérial). En croisant de façon systématique ces trois approches - approche multidimensionnelle, rapport aux prescrits et aux souhaits, et étude des évolutions tendancielles -, il s’avérera possible d'évaluer l'incidence des différentes tendances en matière de publication scientifique – i.e. tendances à la massification, à l'internationalisation, à l' « exotérisation » (i.e. à l'ouverture vers le monde extérieur, au-delà des pairs), à la « gestionnarisation » (i.e. à l'usage des publications dans la gestion dela recherche et des chercheurs, en particulier en situation d'évaluation), à la commercialisation et à l' « enlignement » (i.e. à la mise en ligne, sur Internet) – ainsi que des prescriptions managériales et politiques qui les initient, les stimulent ou les prolongent à des degrés divers, sur la qualité de l'activité même de publier, et sur celle des différents types génériques et spécifiques d'objets publiés.2. En appliquant cette triple approche aux SHS et, plus particulièrement, au cas des sciences de la communication, nous montrerons comment la plupart des évolutions tendancielles qui sont discutées ici ainsi que des prescrits politiques et managériaux qui y affèrent aboutissent à valoriser principalement, en situation d'évaluation de la recherche et des chercheurs, la publication d'un grand nombre d'articles dans des revues savantes internationales de premier plan, destinés avant tout aux pairs, et à dévaloriser les publications, ouvertes à des publics plus locaux, rédigées en langue vernaculaire, ou qui se consacreraient à la résolution de problèmes de société. En particulier, à la faveur de la tendance à la « gestionnarisation » des publications, l'article de revue savante internationale de premier plan, ainsi que les citations qui lui sont faites par les seuls pairs, sont posés en indicateurs de performance de tout premier plan, « fixant » ainsi les pratiques de recherche et de publication des chercheurs. Cette « fixion » sera d'autant plus marquée que les indicateurs bibliométriques, à l'échelon national, seront intégrés à des processus de financement public de la recherche fondés sur les performances, et que, à l'échelon international, les indicateurs joueront un rôle prépondérant dans l'établissement des rankings des universités ainsi que des benchmarks des systèmes nationaux et régionaux de recherche. Pour autant, des prescriptions politiques sont également édictées, principalement au niveau européen, dans l'optique de la mise en oeuvre, au sein de l'Espace européen de la recherche et, dans une moindre mesure, de l'Espace européen de l'enseignement supérieur, d'une économie de la connaissance compétitive à l'échelon global et, plus particulièrement, d'un « mode 2 » de production des connaissances, qui insistent sur l'importance de davantage valoriser les résultats de la recherche, interdisciplinaire et coopérative, auprès de parties prenantes extra-académiques. En résulte une relation paradoxale entre la tendance à l'exotérisation de la recherche et des publications, et les prescrits de gestionnarisation des publications, ainsi qu'entre les prescriptions qui les sous-tendent respectivement.3. Or l'enquête que nous avons menée auprès des membres de trois sociétés savantes internationales en sciences de la communication montre combien les chercheurs de cette discipline ont désormais bien intégré les critères de qualité promus par les prescrits politiques et managériaux soutenant l'instauration d'une nouvelle « culture de la publication », à la croisée des tendances à la massification, à l'internationalisation et à la gestionnarisation des publications. Pour autant, des entretiens approfondis menés auprès de chercheurs en sciences de la communication actifs en Belgique francophone et néerlandophone n'en révèlent pas moins que ces derniers développent une attitude foncièrement ambivalente envers la culture du « publish or perish » et à l'égard de prescriptions qui sur-valorisent les revues savantes internationales de premier plan, en situation d'évaluation de la recherche et des chercheurs. D'une part, en effet, les chercheurs avec qui nous nous sommes entretenus estiment que la nouvelle culture de la publication joue un rôle bénéfique dans la professionnalisation et dans le développement d'une culture véritablement scientifique dans les sciences de la communication. Partant, la plupart d'entre eux développent des stratégies visant à aligner leurs pratiques de publication sur les prescrits. D'autre part, plusieurs répondants n'en regrettent pas moins le caractère réducteur de la survalorisation des revues savantes internationales de premier plan dans l'évaluation, et souhaitent qu'une plus grande diversité de types de publication soit prise en compte par les évaluateurs. Afin de concilier « qualité prescrite » et « qualité souhaitée » dans la qualité de leur activité effective de publication et dans celle des objets effectivement publiés (« qualité réelle »), il arrive dès lors à ces chercheurs de « bricoler » avec les prescriptions. Par ailleurs, la plupart des répondants, davantage cependant en FédérationWallonie-Bruxelles qu'en Flandre, où le financement public de la recherche est d'ores et déjà fondé en partie sur des indicateurs bibliométriques et revue-métriques, regrettent le manque d'explicite dans la formulation des prescriptions – ces dernières prenant régulièrement la forme de « scripts » plus indirects et/ou implicites, plutôt que de normes et de règles stricto sensu –, ainsi que l'absence de seuil quantitatif minimal à atteindre.4. Il nous semble par conséquent, dans une optique plus normative, que le dépôt systématique des différents types de publication produits par les chercheurs en SHS et en sciences de la communication sur des répertoires numériques institutionnels (Open Access Green) serait de nature à (contribuer à) résoudre le paradoxe des prescriptions en matière de « qualité prescrite », ainsi que l'ambivalence des perceptions des chercheurs en matière de « qualité souhaitée ». En effet, le dépôt des publications sur des répertoires institutionnels ouvre des opportunités inédites de renouveler la conversation savante qui se structure autour des objets publiés, au sein de la communauté argumentative (Kommunikationsgemeinschaft) des pairs, par le biais notamment de la revue par les pairs ouverte et grâce à la possibilité de commenter ad libitum les publications disséminées en Open Access. mais également en rendant les résultats de la recherche aisément accessibles et ré-utilisables par des parties prenantes extra-académiques. Les opportunités liées au dépôt des publications sur des répertoires Open Access (Green), en termes de qualité tant épistémique que pragmatiquede ces dernières, seront d'autant plus fécondes que le dépôt des travaux sur les répertoires institutionnels s'articulera à l'usage, par le chercheur, des instruments idoines, génériques ou dédiés, du Web participatif (Wikis, blogues, micro-blogues, réseaux sociaux, outils de partage de signets et de listes bibliographiques). Par ailleurs, les dépôts numériques fonctionnent désormais en tant qu'« outils de transparence », susceptibles de donner davantage de visibilité à des productions de recherche et des types de publication diversifiés. En situation d'évaluation de la recherche et des chercheurs, le recours aux dépôts institutionnels - pour autant qu'un mandat prescrive le dépôt de tous les travaux produits par les chercheurs de l'institution – permettrait aux évaluateurs de fonder leur jugement sur une gamme plus large et plus représentative de types de publication et de formes de communication en SHS et en sciences de la communication. De plus, grâce à la dissémination en Open Access, en conjonction avec l'usage d'une diversité d'outils du Web participatif, il devient mieux possible de soumettre les différents types de publication archivés et publiés en libre accès à des indicateurs de performance eux-mêmes diversifiés – bibliométriques, mais également « webométriques » et « altmétriques » -, fondés sur les articles plutôt que sur les revues et mieux adaptés à la diversité de leurs impacts, tant au sein qu'en dehors du cercle des pairs.5. Partant, l'Open Access (Green) nous apparaît in fine comme étant doté d'un potentiel important, en matière d'intégration de la recherche et des chercheurs en SHS et en sciences de la communication à la mise en place – au-delà d'une économie de la connaissance - d'une véritable société de la connaissance, ainsi qu'aux processus d'innovation techno-industrielle, sociale et intellectuelle qui la sous-tendent.

La vallée de la Scarpe inférieure aux XIIe et XIIIe siècles. Aménagement et gestion des eaux

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Observatoire des usages étudiants universitaires d’un système éducatif de gestion intégré

Les universités recourent de plus en plus souvent à des plateformes technologiques afin d’administrer les processus éducatifs et faciliter les tâches administratives des étudiants. Cependant, ces changements sont conséquents et engendrent souvent de nombreuses difficultés d’implémentation. C’est dans ce cadre qu’un Observatoire des usages étudiants d’un système éducatif de gestion intégré a été créé. Cet observatoire a pour missions d’identifier les facteurs de satisfaction et de fournir des recommandations à l’université. Plusieurs méthodologies (groupes de discussion, tests d’utilisabilité, questionnaires) ont été utilisées. Les résultats montrent que ce sont les difficultés et insatisfactions dues au système utilisé et aux informations présentes sur ce système qui influencent négativement l’acceptabilité du système. La création d’un tel observatoire permet tout à la fois d’étudier l’acceptabilité et la satisfaction des utilisateurs, de différencier l’impact des facteurs personnels et techniques, de s’interroger sur les processus d’évaluation des outils lors de leur implémentation.

Qu’est-ce qui motive les utilisateurs d’un système de gestion des apprentissages ?

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