Thèse Comment la Dynamique des Écosystèmes Peut Aider à Repenser les Impacts Environnementaux H/F - 34

Établissement : Institut Agro Montpellier
École doctorale : GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau
Laboratoire de recherche : ITAP - Technologies & méthodes pour les agricultures de demain
Direction de la thèse : Arnaud HELIAS ORCID 0000000286525611
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-07T23:59:59

Les activités humaines exercent des pressions croissantes et souvent insoutenables sur les écosystèmes, entraînant perte de biodiversité, dérèglement climatique et dépassement de plusieurs limites planétaires. L'évaluation quantitative de ces impacts est indispensable pour éclairer les décisions en faveur de la durabilité. L'Analyse du Cycle de Vie (ACV) constitue aujourd'hui le cadre de référence pour évaluer les impacts environnementaux des produits et services sur l'ensemble de leur cycle de vie. Dans ce cadre, l'Évaluation des Impacts du Cycle de Vie (EICV) traduit les émissions et extractions de ressources en dommages potentiels à l'aide de facteurs de caractérisation structurés selon le triptyque Facteur de Devenir (FF), Facteur d'Exposition (XF) et Facteur d'Effet (EF).
Malgré son niveau d'harmonisation, ce cadre repose sur des hypothèses simplificatrices qui limitent sa capacité à représenter fidèlement le fonctionnement des écosystèmes. Les modèles de caractérisation reposent largement sur des hypothèses d'équilibre. Les facteurs d'effet sont généralement dérivés de relations dose-réponse établies entre concentrations de polluants et états observés des écosystèmes. Si ces approches sont opérationnelles et généralisables, elles offrent une représentation statique et ne rendent pas compte des dynamiques transitoires, des temps de récupération, des rétroactions non linéaires ou des changements de régime pouvant survenir après une perturbation.
Or les écosystèmes sont des systèmes dynamiques décrits par des interactions complexes entre variables d'état, souvent modélisées par des équations différentielles. Leur réponse dépend non seulement de l'intensité d'une perturbation, mais aussi de sa temporalité, des conditions initiales et des mécanismes internes de régulation. Une émission ponctuelle peut provoquer des oscillations autour d'un équilibre, accroître la vulnérabilité à d'autres pressions ou conduire au franchissement d'un point de bascule vers un nouvel état stable. Les pratiques actuelles en EICV représentent insuffisamment ces phénomènes, notamment en traitant de manière équivalente des émissions étalées ou concentrées dans le temps et en n'intégrant pas explicitement la probabilité de dépassement de seuils écologiques.
Cette thèse propose d'intégrer les outils des systèmes dynamiques dans le calcul des facteurs de caractérisation afin de mieux représenter la réaction des écosystèmes aux pressions anthropiques. L'eutrophisation constituera le cas d'étude principal, en s'appuyant sur le modèle dynamique ALBA développé à l'INRIA, décrivant les cinétiques microbiennes et les flux d'azote et de phosphore en milieu aquatique. Différents scénarios d'émissions (ponctuels, continus, extrêmes) seront simulés pour analyser les trajectoires de l'écosystème, la structure des équilibres, la résilience et les risques de bascule.
À partir de ces analyses, de nouvelles métriques adaptées à l'ACV seront explorées : probabilités de dépassement de seuils, distances aux équilibres, temps de retour et indicateurs de résilience. Elles seront comparées aux facteurs classiques afin d'identifier les biais liés aux hypothèses d'équilibre et d'évaluer leurs effets sur les résultats d'impact. L'approche sera ensuite étendue à d'autres catégories, notamment la pêche, en mobilisant des modèles de dynamique des populations et des modèles écosystémiques. En articulant mathématiques appliquées et ACV, cette recherche vise à renforcer la robustesse scientifique de l'EICV et à contribuer aux cadres de durabilité absolue, afin d'améliorer l'aide à la décision et préserver la stabilité écologique.

Ce projet propose donc une exploration ambitieuse de l'interface entre mathématiques des écosystèmes et méthodologie ACV. Un défi majeur consistera à extraire des métriques (et leurs incertitudes) à partir de dynamiques complexes, tout en conservant la portée générale et complète de l'ACV.

Ce projet vise à intégrer la science des systèmes dynamiques dans le calcul des facteurs de caractérisation de l'EICV, en proposant de nouvelles métriques pour mieux représenter le comportement des écosystèmes et ainsi mieux les protéger via l'aide à la décision par ACV.

L'approche sera démontrée pour l'eutrophisation, en utilisant le modèle dynamique ALBA développé à l'INRIA (Casagli et al., 2021), qui représente la cinétique microbienne, et sa résultante sur l'écosystème (par exemple à travers la dynamique de l'oxygène) en réponse aux flux d'azote et de phosphore. La généralisation à d'autres catégories d'impacts (par exemple, les impacts de la pêche) s'appuiera sur des travaux antérieurs de l'INRAE de modélisation des voies d'impact via des modèles de dynamiques de populations (Hélias et al., 2018, 2023) ou d'écosystèmes (Stanford-Clark et al., 2025).