La communauté travaillant sur les changements de l’environnement global accorde une importance croissante aux modifications d’occupation et d’utilisation des sols et la nécessité d’une approche multidisciplinaire de ce sujet.

En effet, ces changements ont un impact significatif sur les intéractions surface terrestre - atmosphère (biogéochimie, chimie de l’atmosphère, eau et énergie), la biodiversité (structure et fonctionnement des écosystèmes, diversité des espèces, fragmentation de la couverture végétale), et les problèmes de développement (utilisation des sols et dynamique d’érosion, nutriments, utilisation de l’eau, potentiel agro-écologique, planification rurale,...). Ils constituent en outre un élément essentiel de la réponse anthropique au changement climatique global (sensibilité des écosystèmes, modalités d’utilisation des sols pour la réduction des impacts). Enfin, la description des changements d’utilisation et d’occupation des sols est importante pour la modélisation intégrée et l’évaluation des problèmes d’environnement en général, et est nécessaire pour déterminer l’intervention des communautés humaines pour modifier les formes d’utilisation globale des sols en fonction de besoins et de valeurs évolutifs.

Plus précisément, les thèmes sur lesquels des recherches spécifiques doivent être entreprises concernent :

- l’amélioration des données et des estimateurs sur les principaux types d’occupation des sols et leurs changements pendant les trois derniers siècles, avec une résolution spatiale croissante pour les 100 puis 50 dernières années,

- la détermination des échelles et vitesses de changement pour les principaux types d’utilisation et de couverture des sols (incluant les conversions et modifications),

- l’identification, pour certains écosystèmes "critiques" , des principaux facteurs de changement d’utilisation des sols en fonction du mode de gestion des terres,

- l’amélioration et le développement de nouveaux modèles de changement d’utilisation des sols, à la fois diagnostiques et pronostiques, susceptibles d’intégrer les impacts biophysiques et climatiques, et la détermination de la sensibilité de tels modèles pour l’évaluation de scénarii sur les conditions du changement d’utilisation des sols.

Ce contexte général a incité les programmes IGBP (International Geosphere-Biosphere Programme) et IHDP (International Human Dimensions of Global Environmental Change Programme) à étudier la définition d’un projet de recherche commun, avec l’objectif général d’améliorer notre compréhension de la dynamique des changements d’utilisation et d’occupation des sols à l’échelle globale, en incluant la possibilité de prévoir de tels changements.

A cet effet, un accord a été conclu en 1990 entre IGBP et HDP pour l’exploration d’un effort conjoint sur les changements d’utilisation et d’occupation des sols, qui s’est traduit en 1991 par la mise en place d’un groupe ad hoc commun. Ce groupe a produit en 1993 un rapport intitulé "Relating Land Use and Global Land Cover Change : a Proposal for an IGBP / IHDP Core Project". Enfin, en 1996 a été publié le " Science / Research Plan LUCC", qui a été présenté et discuté au cours de l’ " Open Science Meeting LUCC " à Amsterdam en janvier 1996.

Ce document insiste sur la nécessité d’un effort international de la communauté scientifique LUCC pour mieux comprendre les principaux agents biophysiques et socio-économiques (variables exogènes) de l’utilisation des sols découlant de la gestion des terres ; les implications sur l’occupation des sols de l’utilisation des terres ; et la variabilité spatiale et temporelle de la dynamique de l’utilisation/occupation des sols. Cet effort doit permettre d’améliorer le développement des modèles régionaux et globaux et les prévisions du changement d’utilisation et de couverture des sols.

Le programme scientifique LUCC est organisé en trois thèmes de recherche, qui proposent la combinaison de trois démarches différentes : des études de cas basées sur des approches terrain, des évaluations thématiques sur les formes du changement d’occupation des sols, et des modèles pronostiques régionaux et globaux d’utilisation / occupation des sols. Ces thèmes sont complétés par deux activités transversales sur les données et les classifications et sur la dynamique des échelles.

# Le thème 1 : dynamique de l’utilisation des sols - études de cas comparées

Ce thème 1 s’appuie sur une approche par études de cas pour comprendre la dynamique de l’utilisation / occupation des sols sur différentes classes de situations. Il propose également d’identifier les principaux types de gestion des terres et les dynamiques associées, en considérant les changements d’utilisation / occupation des sols intervenus dans le passé.

Les activités de ce thème comportent :

- le développement d’un échantillonnage global et d’un cadre d’étude, et en particulier la sélection d’écosystèmes et de sites pilotes représentatifs des différentes situations d’utilisation des sols à l’échelle globale, prenant en compte des éléments historiques, et faisant référence à un protocole commun (données et méthodes d’analyse) permettant les inter-comparaisons,

- l’identification, la description, et la modélisation quantitative du rôle des facteurs principaux de l’utilisation des sols, prenant en compte les processus et activités biophysiques (feux, El Niño, ....), socio-économiques et politiques (investissements, infrastructure, ....), la détermination des échelles spatio-temporelles de ces facteurs, l’évaluation des influences directes et indirectes, avec une mise en perspective historique,

- l’évaluation de la dynamique et de la stabilité des systèmes d’utilisation des sols, à partir des éléments humains intervenant dans la gestion des sols, des pratiques d’utilisation des sols et de leur influence sur leur couverture, en identifiant les variables déterminant le choix d’utilisation des sols et en s’appuyant sur des modélisations qualitatives ou topographiques,

- l’analyse des impacts de l’utilisation des sols sur leur couverture et sur la structure et le fonctionnement des écosystèmes, prenant en compte les effets rétroactifs utilisation / couverture des sols (atténuation / amplification de la dynamique de couverture des sols), en comparant notamment données spatiales et données terrain sur des sites de contrôle,

- le développement de modèles prédictifs, basés sur une "typologie" de situations régionales, l’agrégation et/ou l’extrapolation des analyses dynamiques réalisées sur études de cas, et des macro-modélisations à grande échelle incluant des paramètres socio-économiques intégrés.

Le thème 1 décrit les spécificités et généralités des situations régionales du LUCC pour les incorporer dans les thèmes 2 et 3, afin d’améliorer la sensibilité des modèles régionaux et globaux aux fortes variations de LUCC. Il fournira des probabilités de transition sur l’occupation des sols au thème 2, et les particularités locales et régionales des facteurs humains et biophysiques de changement au thème 3.

# Le thème 2 : dynamique de la couverture des sols - observation directe / modèles diagnostiques

Ce thème 2 vise à déterminer, à travers des données et observations directes, les "structures" régionales et continentales de changement de couverture des sols requises par la communauté "changement global". Il fournit une base pour analyser la dynamique spatio-temporelle des transitions de couverture des sols, développer un cadre pour les modèles diagnostiques des situations actuelles et prédictions à court terme basées sur des observations directes, et établir une base d’observations et de mesures pour la désagrégation des résultats d’analyses macro-économiques.

Les activités de ce thème comportent :

- la détermination des régions de changements importants de couverture des sols, et par suite le développement d’un cadre "stratégique et conceptuel" pour l’analyse de ces régions et des périodes de temps importantes (par exemple : forêts tropicales sur les 20 dernières années),

- la mesure directe de changements d’utilisation des sols aux échelles régionales et globales et la mise en place de jeux de données fournissant une information géo-référencée sur les facteurs et pratiques d’utilisation des sols. Cette activité suppose l’utilisation de méthodes de classification multi-spectrales et multi-temporelles et leur amélioration, et l’emploi de données à basse résolution pour le repérage de zones de changement.

- l'évaluation régionale de la dynamique des changements de couverture des sols à partir d’observations directes. Des études sur des régions ou pays particuliers seront conduites, et s’appuieront sur des validations terrain, des analyses à grande échelle et des analyses temporelles des éléments de changement (transitions, croissance secondaire, ...),

- l’analyse des relations spatiales du changement de couverture des sols, et en particulier la fragmentation du paysage, les structures de couverture des sols en fonction de leur utilisation, l’influence de facteurs physiques, sociaux, démographiques et économiques,

- l’observation des causes du changement de couverture des sols (stratégies de gestion des sols, combustion de biomasse, ...), et la détermination de leurs amplitude, fréquence et distribution géographique,

- le développement de modèles diagnostiques empiriques traduisant les conversions de couverture du sol à des échelles de l’ordre de 1 : 250 000 à partir de méthodes comme les chaînes de Markov ou les analyses de régression.

Les activités du thème 2 contribuent à celles du thème 1 en facilitant, sur des sites spécifiques, le couplage de la dynamique d’utilisation des sols avec les changements régionaux à grande échelle de couverture des sols. Elles fournissent de plus les structures spatiales de ces changements au thème 3, en rendant possibles des analyses d’agrégation avec une composante spatiale.

# Le thème 3 : modèles régionaux et globaux - cadre pour les évaluations intégrées

Ce thème 3 a pour objectif le développement d’une gamme de modèles dynamiques et géographiques aux échelles régionales et globales, pour simuler l’influence des facteurs biophysiques et socio-économiques sur les changements d’utilisation / occupation des sols et leurs rétroactions. Il doit en résulter des projections robustes des LUCC et des paramètres biophysiques associés pour des périodes de 50 à100 ans et des résolutions de 10 à 50 km. Ceci doit permettre de mieux comprendre les dynamiques locales, régionales et globales et la sensibilité du LUCC aux variables telles que technologie, développement démographique et économique, pratiques de consommation, ....

Les activités de ce thème incluent :

- l’extension des modèles existants régionaux et globaux de prévision du LUC, avec la prise en compte de couverts tels que forêt et pâturages, un lien entre les modules production économique et processus biophysiques, leur consolidation pour réaliser des projections de LUCC sur 50-100 ans, l’amélioration des liens entre utilisation et couverture des sols, et un test sur les moyens de lier la production agricole et les processus d’accumulation / dégradation des ressources,

- le développement d’une nouvelle structure de modélisation du LUC, décrivant le "comportement" humain et intégrant de manière explicite les ressources naturelles, qui soit sensible à des variables telles que l’évolution technologique, qui s’appuie sur des bases de données géographiques (variables biophysiques et socio-économiques), et qui puisse être validé sur des observations passées et utilisé pour des simulations à court et moyen terme,

- l’extension des liaisons "horizontales" , c’est à dire la prise en compte par les modèles de la variabilité spatiale et de la dynamique des différents secteurs d’utilisation des sols (dans une logique économique ou non), des différences et interactions entre zones urbaines et rurales, et la subdivision des secteurs ayant une forte interaction avec l’utilisation des sols (agriculture, forêt),

- le raffinement des liaisons "verticales" , avec l’incorporation dans les modèles de facteurs tels que consommation et production, impacts biophysiques et rétroactions avec l’utilisation des sols, une meilleure intégration de facteurs tels que la demande en céréales ou en produits d’élevage, la description des processus d’accumulation de ressources (humaines, naturelles renouvelables ou non, économiques) et la prise en compte des différentes rétroactions et impacts non-linéaires sur l’utilisation des sols,

- l’introduction du facteur "eau" dans les projections de LUCC, et notamment l’influence à long terme de la compétition pour l’eau, de ses mécanismes de distribution, de son prix, et des politiques liées à l’eau sur le LUCC, et réciproquement l’influence du LUCC sur le cycle de l’eau et sa fourniture. Cette activité requiert la modélisation de la pollution générée par la production agricole et l’irrigation, ainsi que celle de la qualité des lacs, réservoirs, aquifères, etc... réceptacles de cette pollution,

- la validation des modèles et les analyses de sensibilité, qui impliquent le développement de bases de données fiables et la spécification des modèles à partir de bases théoriques solides. Pour des modèles complexes, de faibles différences sur les paramètres principaux peuvent induire des différences importantes sur les projections à long terme : il est donc nécessaire de développer de nouvelles techniques d’analyse de sensibilité pour les modèles globaux intégrés,

la spécification de scénarii et des simulations.

Ce thème fournit les conditions aux limites et la dynamique temporelle requise par le thème 2, et les influences exogènes et internationales nécessaires pour les études de cas du thème 1.

# L’activité transversale 1 : classification et données

L’activité transversale 1 correspond à la nécessité, l’étude du LUCC, de disposer à la fois de classifications (ou de typologies) standardisées de l’utilisation et la couverture des sols et de jeux de données permettant la construction de jeux de classification de référence. Bien que les méthodes de description des surfaces en termes de climat, topographie, sol, végétation ou capacité de production ne soient pas nouvelles, il n’existe actuellement ni méthode satisfaisante et communément admise pour définir et classifier globalement l’utilisation des sols, ni définition acceptée des principales classes d’utilisation des sols. Cette situation perturbe évidemment la collecte systématique de données pertinentes pour les travaux de classification. La situation est bien meilleure pour la couverture des sols, où des bases de données globales existent, bien qu’à nouveau aucune démarche commune ne soit appliquée. La recherche sur le LUCC doit donc favoriser le développement de classifications et de données pour les trois dimensions de l'utilisation des sols : la manipulation concrète des caractéristiques des surfaces (comment les surfaces et leur couverture sont elles utilisées ?), les objectifs et intentions des utilisateurs des terres (pourquoi les surfaces sont elles utilisées ?), ainsi que les circonstances biophysiques et socio-économiques et les conditions sous-jacentes au sens large.

Trois domaines d’incertitude nécessitent de meilleures documentations et analyses : l’état (information sur la biomasse, production primaire nette, etc...) et la distribution de la couverture des sols, le taux et la distribution, à la fois passés et actuels, de conversion de la couverture des sols, et les facteurs sous-jacents liés aux pratiques d’utilisation et de gestion des sols.

Les activités conduites dans ce cadre concerneront :

- le développement de systèmes de classification des LUC, avec la détermination d’un ensemble minimum de descripteurs pour identifier et classifier le LUC, la définition d’une terminologie commune du LUC pour les besoins "global change", le développement d’un format de base de données capable de prendre en compte les différentes dimensions du LUC, la définition d’une structure de classification de référence et d’une procédure commune de cartographie du LUC,

- la cartographie de la couverture du sol à haute résolution, avec la mise au point d’une démarche de classification applicable aux 3 thèmes de recherche LUCC, le développement de cartes de LUC globales et régionales à 2 km de résolution, de cartes de paramètres influençant le LUC sur les mêmes zones et à la même résolution, en coordination avec le projet IGBP-DIS 1 km Land Cover,

- la cartographie des changements de couverture du sol, avec la définition de types de couverture du sol et de régions critiques, le développement de jeux de données de changement de couverture du sol pour chaque type de couvert pendant les 20 dernières années, le développement de jeux de données de LUCC à partir de statistiques sur les 100 dernières années, en coordination avec le projet IGBP-DIS "données Haute Résolution",

- la cartographie de l’utilisation des sols et de ses changements,

- le développement de jeux de données socio-économiques, avec la prise en compte de différents niveaux d’échelle spatiale.

# L’activité transversale 2 : dynamique des échelles

L’activité transversale 2 prend en compte le fait que la recherche sur le LUCC est confrontée à deux problèmes différents liés aux échelles : d’une part, chaque échelle possède ses unités et variables spécifiques, d’autre part les inter-relations entre les ensembles de variables et d’unités changent avec l’échelle. Une échelle donnée étant adaptée à une question donnée, seule une combinaison des observations et analyses aux différents niveaux d’échelle permettra une meilleure compréhension des facteurs de l’utilisation des sols. Une étude complète de LUCC requiert donc l’utilisation d’échelles "emboîtées" et des données correspondantes.

Cette activité concernera notamment le développement d’une "typologie hiérarchique" classant les différents paramètres en fonction des échelles auxquelles ils interviennent, et le développement de règles et méthodes pour croiser et lier les échelles spatiales (en particulier méthodes d’agrégation / désagrégation).

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