Modélisation spatiale des changements dans les milieux humides ouverts par automate cellulaire : étude de cas sur la région administrative de l’Abitibi-Témiscamingue, au Québec, Canada

Les milieux humides sont parmi les écosystèmes les plus productifs qui existent à travers la planète. Trente-cinq pour cent des zones humides du monde se trouvent au Canada, avec un quatre-vingt-cinq pour cent environ situés dans la forêt boréale. Cependant, ces écosystèmes sont parmi les plus menacés en raison des perturbations humaines. Malheureusement, une fois qu’un milieu humide a perturbé, il est difficile de le ramener à son état naturel. L’étude de la complexité autour des dynamiques de changement dans les milieux humides peut être employée par l’utilisation d’outils de modélisation et de simulation spatiotemporelle pour aider la conservation de l’environnement. Les approches de modélisation de systèmes complexes telles que les automates cellulaires combinés à des modèles statistiques nous permettent de simplifier ces complexités et de comprendre les modèles émergents de systèmes complexes, tels que les milieux humides. Cette étude propose la simulation des milieux humides ouverts basée sur le modèle hybride par régression logistique, chaîne Markov et automates cellulaires, afin de projeter des scénarios futurs de la distribution des milieux humides ouverts dans la région administrative de l’Abitibi-Témiscamingue, Québec. Ce mémoire comprend deux parties : 1) le diagnostic des zones humides et la caractérisation de la zone d’étude; et 2) un article sur la modélisation spatiotemporelle des changements dans les milieux humides ouverts en utilisant le modèle hybride, afin de simuler leur distribution spatiale pour les années 2015, 2025, 2035, 2045 et 2055 dans la région administrative de l’Abitibi-Témiscamingue. Les résultats de la simulation ont montré une augmentation moyenne de cinq pour cent entre les simulations de 2015 et 2055. Les résultats sont en accord avec les modèles spatiotemporels observés à partir des images Landsat de 1985, 1995 et 2005. La distribution spatiale observée et projetée des milieux humides ouverts dans la région étudiée offre un aperçu de la dynamique de cet écosystème fragile. Avec l’augmentation des milieux humides ouverts, la disponibilité de l’habitat pour la sauvagine augmentera aussi, en plus les services qui y sont associés. Les résultats de cette recherche apportent de nouvelles informations et perspectives en termes de futures politiques de conservation des milieux humides ouverts. Wetlands are among the most productive ecosystems that exist throughout the planet. Thirty five per cent of the world’s wetlands can be found in Canada, with an approximately eighty five percent located in the boreal forest However, these ecosystems are among the most threatened ecosystems due human disturbances. Regrettably, once a wetland has been disturbed it is difficult to restore it to its natural state. The study of the complexities around dynamic changes in wetlands can be approached by the use of modeling and spatiotemporal simulations as tools for assisting environmental conservation. Complex systems modeling approaches such as cellular automata coupled with statistical models allow us to simplify these complexities and understanding emerging patterns of complex systems, such as wetlands. This study proposes the simulation of open wetlands based on a hybrid model by logistic regression, Markov chain and cellular automata, in order to project future scenarios of open wetlands distribution in the administrative region of Abitibi-Témiscamingue, Quebec. This thesis consists of two parts: 1) wetland diagnosis and characterization of the study area; and 2) an article on the modeling of spatiotemporal changes in open wetlands using a hybrid model, to simulate spatial distribution of open wetlands for the years 2015, 2025, 2035, 2045 and 2055 in the Abitibi-Témiscamingue administrative region. Model simulation results showed an average increment, by decade, of over five percent between simulations from 2015 to 2055. The results agreed with the observed spatiotemporal patterns from Landsat imagery from 1985, 1995, and 2005. The observed and projected spatial distribution of open wetlands in the study region offer some insight of the dynamics of this fragile ecosystem. With an increase in open wetlands, habitat availability for waterfowl will as well augment, in addition to the services associated with them. The outcomes of this research bring new information and perspectives in terms of future open wetlands conservation policies.

Keyphrases: Modélisation spatiotemporelle, Systèmes complexes, Automate cellulaire, Régression logistique, Milieux humides ouverts, Spatiotemporal Modeling, Complex Systems, Cellular Automata, Logistic Regression, Open Wetlands