Sinuse

Un outil d'exploration des interactions distribuées entre une nappe d'eau et ses usagers

Sarah Feuillette, Ird.

Le modèle Sinuse (simulation des interactions entre nappe et usages de l'eau) est destiné à explorer des voies de gestion de la demande sur une nappe d'eau surexploitée : il doit permettre de repérer les moteurs de la dynamique du système, et de tester l'efficacité de plusieurs types d'intervention, en tenant compte de leur impact social, clef de leur acceptabilité par les usagers. Il a été développé sur le cas d'étude de la nappe de Kairouan, en Tunisie centrale, surexploitée depuis une vingtaine d'années, majoritairement par des puits privés (voir figure suivante).

Les stratégies individuelles et les interactions entre agriculteurs ont été déterminées sur la base d'enquêtes dont les résultats ont conduit à l'hypothèse suivante : tous les agriculteurs de la plaine de Kairouan ont un même objectif global d'acquisition ou d'extension de l'irrigation pour pallier l'aridité du climat. Les stratégies mises en œuvre dans ce but dépendent de leurs conditions parcellaires, familiales, économiques, d'accès à la ressource et de voisinage : une parcelle ou un regroupement de parcelles adjacentes doit être de taille suffisante pour rentabiliser le puits, la nappe étant hétérogène sur le plan de la profondeur et de la structure, l'accès et le coût d'extraction dépendent de la localisation sur la nappe et enfin la présence de puits fonctionnels dans le voisinage est un indicateur d'accessibilité à la nappe et un stimulant social (au contraire la présence de puits abandonné est dissuasive). Ce processus d'imitation ressort dans la dynamique spatiale d'apparition des puits.

La zone d'étude s'étend sur environ 25 000 hectares. Le modèle Sinuse représente un schéma très simplifié et réduit du système étudié (environ 10 % en surface du système étudié), tout en respectant les proportions des paramètres essentiels dans la mesure du possible, afin de retrouver la cohérence des phénomènes observés sur le terrain et de pouvoir valider le modèle dans une certaine mesure. Le pas de temps des interactions représentées est l'année, découpée en deux saisons.

Le modèle Sinuse comporte trois types d'entités (voir figure suivante) :

des entités sociales, les exploitants, qui représentent les agriculteurs du terrain, tous doués de règles d'action qui dépendent essentiellement de leurs conditions familiales, économiques, parcellaires et d'accès à l'eau ;
des entités spatiales plus ou moins agrégées, comme des zones de nappe qui communiquent entre elles, des parcelles dont l'assolement et l'irrigation évolue au fil des saisons, des périmètres d'irrigation qui distribuent de l'eau à un tarif donné et avec une efficience de distribution donnée à aux parcelles qui le composent ;
des entités passives (et situées) comme les puits, qui apparaissent et disparaissent au cours de la simulation (construction et abandon), peuvent être approfondis, fonctionnels ou non fonctionnels, peuvent irriguer plusieurs parcelles selon leur capacité, et dont le prix de construction et d'extraction dépend de la profondeur de l'eau.

La figure suivante résume les interactions représentées dans le modèle Sinuse.

Interactions représentées par Sinuse

Les exploitants procèdent à des échanges fonciers et des décisions d'assolement. L'irrigation des parcelles entraîne un prélèvement au niveau des points d'eau qui transmettent l'information à la zone de la nappe à laquelle ils sont rattachés. Celle-ci réagit en s'abaissant, et le gradient piézométrique résultant entraîne des transferts de volume entre zones. Chaque zone de la nappe communique sa nouvelle profondeur aux parcelles ce qui peut donner lieu à un approfondissement des puits (sous réserve de non endettement). Les résultats de chaque campagne agricole sont calculés et en fin d'année, selon sa trésorerie, son épargne et sa situation, l'agriculteur peut envisager la construction d'un puits, si besoin en s'associant avec un voisin, ou d'acheter ou de vendre une parcelle.

Les puits peuvent être construits selon plusieurs types de procédure (sur une petite ou une grande parcelle, en association avec un voisin ou non...) auxquelles les exploitants ne prêtent pas la même préférence. En cas d'épargne très déficitaire, un exploitant peut être amené à vendre une parcelle.

La figure suivante montre le déroulement simplifié d'un pas de temps. Chaque classe est figurée par une ligne verticale en pointillés ; l'activation des objets de la classe est matérialisée par un rectangle sur sa ligne de vie. Les objets communiquent en échangeant des messages représentés au moyen de flèches horizontales, orientées de l'émetteur du message vers le destinataire.

Schéma UML de Sinuse

La visualisation de l'apparition des puits permise par l'interface graphique du modèle (voir figure suivante).

Interface graphique de Sinuse

La progression des puits (nouveaux puits en rouge) se fait plus par densification de zones déjà occupées que par colonisation de zones pionnières : sur 7 pas de temps successifs la construction d'un puits en zone "vierge" n'a lieu qu'au second pas de temps. Les puits sont historiquement concentrés dans les zones peu profondes (gradient croissant des profondeurs de droite à gauche). Le rythme d'apparition des puits décroît avec le temps, du fait des contraintes spatiales et de l'abaissement de la nappe.

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