PROPOSITION de stages pour 2009 Dans le cadre du projet «Indices»

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1 PROPOSITION de stages pour 2009 Dans le cadre du projet «Indices» Les sujets de stage suivants sont proposés dans le cadre du projet «Indices». Les thématiques sont hydrobiologie, informatique, bio-statistique, géographie. Les niveaux sont de licence à master 2. CONTEXTE : Le projet «INDICES» Ce projet a démarré en 2005 et doit se terminer en Soutenu par l Agence de l Eau Rhin-Meuse, il est mené en collaboration, sur les aspects biologiques, avec l ONEMA (thème poissons), le Cemagref de Lyon (thème oligochètes), le Centre de Recherche Gabriel Lippmann du Luxembourg (thème diatomées) et sur les aspects informatiques, avec le LORIA de Nancy et le LSIIT d Illkirck. L objectif de ce projet est de comparer les réponses des 5 indices normalisés français - basés sur invertébrés (IBGN), oligochètes (IOBS), poissons (IPR), diatomées (IBD) et macrophytes (IBMR) - et de leurs données associées aux pressions pesant sur les masses d eau de la plaine d Alsace. Inscrit dans la mise en de la Directive Cadre Européenne sur l Eau de 2000, le but final est d aboutir à un outil d évaluation de la qualité écologique des masses d eau courantes, construit sur le modèle pressions-impacts. A ce titre 40 stations ont été sélectionnées (Brenot C., 2005). La quasi totalité des données mésologiques et biologiques sont actuellement disponibles, seules les données biologiques de 2008 sont encore à dépouiller. L exploration des résultats partiels obtenus ont donné lieu à la caractérisation des pressions chimiques (P. Beretti, 2007) et physiques (Domergue, 2007, Tisserant, 2008) et à de premières mises en relation des ces pressions et des données biologiques (Vieillard, 2006, Wiederkehr, 2007). La piste des traits biologiques a commencé a être explorée (Staerck, 2005, Pascal, 2007, Pincon, 2007, Roth, 2008 et Lemoine, 2008). Cette piste est au coeur de la thèse d informatique en intelligence artificielle de A. Bertaux, commencé en Enfin, la base de données Rivières a été développée pour la gestion des données acquises (Ehrhard, 2005, Dehon, 2007, Vergnais, 2008). 1

2 1 er sujet : CONTRIBUTION AU PROJET «INDICES»: Proposition d un système d harmonisation des résultats des indices biologiques obtenus en vue de classer les masses d eau suivant leur écart au bon état et leur potentiel de retour éventuel à cet état. NIVEAU : TFE, master 2 THEMATIQUE : Hydroécologie hydrobiologie ENCADRANT(S) : Corinne Grac*(corinne.grac@engees.u-strasbg.fr), Michel Lafont ** (lafont@lyon.cemagref.fr) et Florence Le Ber Coordonnées : * ENGEES, Laboratoire CEVH, 1 Quai Koch, Strasbourg cedex ** Cemagref Lyon, Unité de recherche BEA, 3 quai Chauveau, Lyon cedex 9 CONDITIONS : hébergement à l'engees et 3 semaines à répartir au cours du stage au Cemagref de Lyon, mise à disposition des moyens informatiques et matériels nécessaire dont véhicule, indemnités de stage, collaborations avec une thésarde (intelligence artificielle) et de stagiaire de master 2 (informatique). Objectifs : Sur la base du système d harmonisation conceptuel proposé par M. Lafont (2001), l objectif du stage est d aboutir à une outil opérationnel permettant de classer les stations du projet en fonction de leur écart au bon état, des types de pressions subies et du potentiel de la station à retrouver ce bon état. L étudiant sera également chargé de traiter les derniers échantillons biologiques de 2008 d invertébrés et d oligochètes. Description détaillée : Le concept de M. Lafont s appuie sur l identification de 4 compartiments biologiques (qualité biologique générale, qualité biologique de l eau et des sédiments et état des peuplements de poissons) et l évaluation de chacun d entre-eux par un ou deux des indices dont nous disposons. En se basant sur les combinaisons des notes indiciaires obtenus, M. Lafont propose, pour une station, de calculer les dommages subies, d établir l écart à la situation de référence et d évaluer le potentiel de la station à se rétablir sous réserve que les pressions subies disparaissent. S il a pu être appliquer dans un cas concret (rivière Dore), ce système est à affiner sur la base d un plus grand nombre de données disponibles et donc d un plus grand nombre de combinaisons possibles des notes indiciaires. C est ce que propose ce stage en s appuyant sur un jeu complet de données du projet «Indices» à présent disponible. Ainsi ce stage se situe à la frontière entre recherche fondamentale et recherche appliquée. L aspect appliqué de ce stage est double : l objectif est de proposer le classement des 40 stations du projet et de participer au développement d un outil informatique automatisant ce classement. Ce développement se fera dans le cadre d un stage d informatique. Les deux stagiaires travailleront de concert. Sur l échantillonnages, le tri, la détermination des invertébrés et des oligochètes et l interprétation des données obtenues, le stagiaire recevra une formation spécifique à la fois à l ENGEES et au Cemagref de Lyon. Outils de traitement prévus : le traitement des données est prévu à l aide d analyses multivariées et des treillis de Galois (outils de l intelligence artificielle). Ces derniers seront mis en œuvre en collaboration avec A. Bertaux, en thèse actuellement sur ce sujet. 2

3 Références: Lafont M., Camus J.C., Fournier A. et Sourp E., 2001: A practical concept for the ecological assessment of aquatic ecosystems: application on the river Dore in France. Aquatic Ecology 35: Lafont M., 2001: A conceptual approach to the biomonitoring of freshwater: the Ecological Ambiance System. Journal of Limnology 60 (supp. 1): pp Lafont M., Vigneron S. et Fournier A., 2001: Evaluation de l effets des rejets polluants sur les milieux aquatiques situés dans des environnements imperméabilisés : proposition d une approche intégrée. Rapport Cemagref. 2 ème sujet : CONTRIBUTION AU PROJET «INDICES» : Association de traits «fonctionnels» et de macrophytes puis d invertébrés : double approche analyses multivariées et analyses de concepts formels NIVEAU : TFE, master 2 THEMATIQUE : Statistique, Bio-statistique ENCADRANT(S) : Le Ber* Michèle Trémolières ** (Michele.tremolieres@bota-ulp.u-strasbg.fr) Coordonnées : CEVH UMR ULP/ENGEES * 1 Quai Koch ou ** 28 rue Goethe Strasbourg CONDITIONS : hébergement à l'engees, mise à disposition des moyens informatiques et matériels nécessaire dont véhicule, indemnités de stage Cadre Le laboratoire CEVH effectue des recherches dans le domaine de l'hydrologie quantitative et qualitative. En particulier, le projet Indices porte sur les systèmes biologiques de l'évaluation de la qualité des masses d'eau. Sujet Dans le cadre d'une étude portant sur la caractérisation de groupes de plantes (hydrophytes) sur la base de leurs traits biologiques et écologiques, nous avons expérimenté deux approches. La première, classique en écologie, utilise une analyse factorielle multiple éventuellement suivie d'une classification hiérarchique pour mettre à jour des associations de traits et de plantes. La deuxième approche s'appuie sur l'analyse de concepts formels, méthode qui permet de générer des couples maximaux d'ensembles de traits et de plantes, où chaque ensemble de plantes est associé exactement aux traits que les plantes possèdent en commun. L'objectif du stage est de comparer les deux approches et leurs résultats. L'étudiant devra d'abord se familiariser avec l'analyse de concept formels et avec les données construites dans le cadre du projet Indices développé au CEVH. Les deux approches seront ensuite appliquées sur un même jeu de données test. La comparaison incluera un aspect empirique et un aspect plus théorique sur les méthodes. Références M. Barbut et B. Monjardet (1970). Ordre et classification - Algèbre et combinatoire. Hachette, Paris. 3

4 A. Bertaux, F. Le Ber, A. Braud et M. Trémolières (à paraître). Mining Complex Hydrobiological Data with Galois Lattices. International Journal of Computing & Information Sciences. C. Grac, M. Lafont, F. Le Ber, P. Nobelis, M. Trémolières (2007). Response of biological indices to pressures in the running waters of the Alsace floodplain (Eastern France). Towards a proposal of a new tool to assess ecological status of waterbodies. Symposium for European Fresh Water Sciences. B. Ganter and R. Wille (1997). Formal Concept Analysis: Mathematical Foundations. Springer Verlag. 3 ème sujet : CONTRIBUTION AU PROJET «INDICES» : Construction de l outil informatique de classement d état écologique selon le système d harmonisation de M. Lafont NIVEAU : master 1 ou 2 THEMATIQUE : informatique ENCADRANT(S) : Agnès Braud * (Agnes.Braud@urs.u-strasbg.fr), Florence Le Ber** et Corinne Grac** (corinne.grac@engees.u-strasbg.fr), Coordonnées : * LSIIT, bd Sébastien Brant Illkirch & ** CEVH UMR ULP/ENGEES * 1 Quai Koch Strasbourg CONDITIONS : hébergement au LSIIT, mise à disposition des moyens informatiques et matériels nécessaire, indemnités de stage, collaboration avec un stagiaire de niveau master 2 en hydroécologie Objectifs : construire l outil de classement selon système d harmonisation de Michel. Lafont, en collaboration avec le 1 er stage («Proposition d un système d harmonisation des résultats des indices biologiques obtenus en vue de classer les masses d eau suivant leur écart au bon état et leur potentiel de retour éventuel à cet éta t»). Description détaillée : L outil a pour vocation de donner le type de classement d une station en fonction des ces notes d indices biologiques sur la base du système d harmonisation de M. Lafont ainsi que les que le système de qualité physico-chimique et physique. L outil est à relier à la base de données Rivières (développée sous My SQL avec une interface en PHP): il sera une des possibilité d exploitation des données via l interface. Son utilisation passera par le renseignement des informations biologiques et, éventuellement physiques et /ou physicochimiques dans la base de données. NB : ce stage peut démarrer tôt dans l année scolaire, sans que tous les classements possibles soient établis. Le début du stage serait alors consacré au développement informatique. 4

5 4 ème sujet : CONTRIBUTION AU PROJET «INDICES»: Etablissement des liens entre pressions et traits de vie des oligochètes NIVEAU : Licence, M1 THEMATIQUE : Hydroécologie hydrobiologie ENCADRANT(S) : Corinne Grac*(corinne.grac@engees.u-strasbg.fr), Michel Lafont ** (lafont@lyon.cemagref.fr) et Florence Le Ber Coordonnées : * ENGEES, Laboratoire CEVH, 1 Quai Koch, Strasbourg cedex ** Cemagref Lyon CONDITIONS : hébergement ENGEES, mise à disposition des moyens informatiques et matériels nécessaire dont véhicule. Objectif : mise en œuvre de la méthode d analyse multivariée dite «RLQ» sur les données oligochètes en vue d établir des liens entre pressions et traits de vie des oligochètes. Description détaillée : Les traits biologiques, ou traits d histoire de vie, sont des variables décrivant les caractéristiques biologiques et écologiques d un taxon donné (USSEGLIO-POLATERA et al, 2000 & 2003). Leurs utilisation est double : arriver à lier pressions et traits de vie permettrait de s affranchir des limites biogéographiques de répartition des taxa utilisés dans les actuels outils d évaluation de l état écologiques des cours d eau et pourrait ainsi proposer des indicateurs plus universels (Charvet, 1999). De plus, ils peuvent aiguiller sur les pressions subies par les rivières de façon plus précise qu un indicateur biologique intégrateur. L analyse RLQ est une double analyse de co-inertie généralisée à trois tableaux : -un tableau R contenant des données environnementales descriptives des habitats -un tableau Q contenant les traits biologiques des taxa considérés, codés par un codage flou -un tableau L, contenant la distribution des taxa (=tableau de contingence). Cette méthode permet de mettre en relation les traits de vie des taxa avec les caractéristiques des habitats en déterminant des associations entre ces deux composantes par l intermédiaire de la distribution des taxa et en testant la signification de cette association (DOLEDEC, 1996). En 2008, Romain Roth a mené cette démarche sur les invertébrés. Le stagiaire devra reconduire le traitement sur le groupes des oligochètes pour lesquels nous possédons à la fois les données de terrain sur la plaine d Alsace et les traits de vie. Il devra conclure sur les éventuels liens entre les pressions subies par les stations échantillonnées et les traits de vie de ce groupe. 5 ème sujet : CONTRIBUTION AU PROJET «INDICES» : Etablissement des liens entre pressions et traits de vie des diatomées NIVEAU : Licence, M1 5

6 THEMATIQUE : Hydroécologie hydrobiologie ENCADRANT(S) : Corinne Grac*(corinne.grac@engees.u-strasbg.fr) et Florence Le Ber Coordonnées : * ENGEES, Laboratoire CEVH, 1 Quai Koch, Strasbourg cedex ** INRA Thonon CONDITIONS : hébergement ENGEES, mise à disposition des moyens informatiques et matériels nécessaire dont véhicule. Objectif : le sujet est identique à celui proposé dans le 4 ème stage, mais il porte sur le groupe des diatomées. 6 ème sujet : CONTRIBUTION AU PROJET «INDICES» : Etablissement des liens entre pressions et traits de vie des macrophytes NIVEAU : Licence, M1 THEMATIQUE : Hydroécologie hydrobiologie ENCADRANT(S) : Corinne Grac*(corinne.grac@engees.u-strasbg.fr), Michèle Trémolières** ** (Michele.tremolieres@bota-ulp.u-strasbg.fr) Coordonnées : CEVH UMR ULP/ENGEES * 1 Quai Koch ou ** 28 rue Goethe Strasbourg CONDITIONS : hébergement ENGEES, mise à disposition des moyens informatiques et matériels nécessaire dont véhicule. Objectif : le sujet est identique à celui proposé dans le 4 ème stage, mais il porte sur le groupe des macrophytes. 6