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Les influences mutuelles entre les activités humaines et les ressources naturelles sont au cœur des débats sociétaux. Les défis à l’égard de la gestion de l’eau en dépendent différemment selon les situations locales. Dans ce contexte, la communauté de recherche en hydrologie s'interroge sur la pertinence de ses modèles pour représenter les activités humaines en interaction avec les ressources en eau. La littérature est riche en études dans lesquelles la complexité des processus modélisés concerne l'hydrologie. Mais les activités humaines comme l’irrigation sont représentées de façon plus ou moins agrégée et de manière tendancielle voire stationnaire au cours du temps. Comme en témoignent les réflexions en cours au sein de la « socio-hydrologie », il est nécessaire de mieux documenter[...]

Les influences mutuelles entre les activités humaines et les ressources naturelles sont au cœur des débats sociétaux. Les défis à l’égard de la gestion de l’eau en dépendent différemment selon les situations locales. Dans ce contexte, la communauté de recherche en hydrologie s'interroge sur la pertinence de ses modèles pour représenter les activités humaines en interaction avec les ressources en eau. La littérature est riche en études dans lesquelles la complexité des processus modélisés concerne l'hydrologie. Mais les activités humaines comme l’irrigation sont représentées de façon plus ou moins agrégée et de manière tendancielle voire stationnaire au cours du temps. Comme en témoignent les réflexions en cours au sein de la « socio-hydrologie », il est nécessaire de mieux documenter les diverses interactions et rétroactions dues à l’irrigation au sein des agro-hydrosystèmes. Les interactions à court terme sont particulièrement peu explorées. Or, à court terme, la gestion de l'irrigation repose sur des contraintes opérationnelles, comme celles inhérentes à la distribution de l’eau, qui peuvent impacter de manière significative l’état à venir des cultures et des récoltes. Vice versa, l’état des cultures influence la fréquence et la répartition spatiale des opérations d’irrigation qui modifient localement l’état des ressources en eau. De plus, la plupart des approches de représentation des actions humaines au sein de ces systèmes assimilent l’action à sa phase de décision, faisant souvent fi du niveau opérationnel. Ainsi, la question explorée dans la thèse est la suivante: Comment pouvons-nous représenter au niveau opérationnel les actions des irrigants dans l'espace et le temps pour prendre en compte de manière dynamique et située leurs interactions avec les composantes agrohydrologiques du système? Et que pourrait apporter cette représentation aux discussions sur la gestion de l'eau d’un cas précis ? Nous proposons d’abord de mobiliser le concept d’Affordance pour construire un modèle à base d’agents (WatASit) représentant explicitement les possibilités d'actions des irrigants en situation de tension pour le partage de l’eau. Appliqué à un réseau gravitaire typique du bassin du Buëch en Durance (France), nous montrons que les trajectoires des agents dépendent de l’évolution de leurs possibilités au cours de la campagne d’irrigation et que l’analyse de ces possibilités aide à l’interprétation des comportements individuels et collectifs. Notamment, les conséquences de l’abandon de la coordination par tours d’eau du réseau, observé lors des enquêtes de terrain, ne semble pas impacter tous les irrigants de la même façon en renforçant les inégalités spatiales entre l’amont et l’aval du réseau. Nous proposons ensuite le cadre COPAT (COupling Plant and Agent Trajectories) pour coupler un modèle de culture à l’échelle de la parcelle (Optirrig) et le modèle WatASit à l’échelle du réseau d’irrigation. La cohérence temporelle du couplage repose sur la dérivation du modèle de culture en fonction journalière. À chaque pas de temps journalier, l'irrigation reçue par chaque parcelle est déterminée par les opérations des agents contraints par le partage de l’eau au sein du réseau collectif. Un stress hydrique plus précoce est observé par rapport à une irrigation qui ne dépendrait pas d’un tel partage, mais la coordination du réseau par tours d’eau tend à limiter ce stress. Enfin, nous proposons une méthodologie de couplage COWAT (COupling Water and Agent Trajectories) avec le modèle hydrologique spatialisé J2000 et mettons en évidence certains points de vigilance pour assurer la cohérence spatiale à une échelle fine. Au final, le concept d’Affordance permet d’inscrire la modélisation des actions humaines dans un débat interdisciplinaire plus large sur leur représentation et l’hydrologie est pensée en interaction avec ces actions humaines et les enjeux opérationnels de la gestion de l’eau.

The mutual influences between human activities and natural resources are at the heart of societal debates. The challenges of water management depend on these interdependences differently according to the local situation. In this context, the hydrology research community is investigating the relevance of its models to represent human activities interacting with water resources. The literature counts many studies in which the complexity of modelled processes concerns hydrology. But human activities such as irrigation are represented in a more or less aggregated way and in a trend or even stationary way over time. As shown by the reflections in progress within "socio-hydrology", it is necessary to better document the various interactions and feedbacks due to irrigation within agro-hydrosystems. Short-term interactions are particularly under-explored. However, in the short term, irrigation management is based on operational constraints, such as those inherent to water distribution, which can significantly impact the future state of crops and harvests. Conversely, the state of crops influences the frequency and spatial distribution of irrigation operations that locally modify the state of water resources. Moreover, most approaches to representing human actions within these systems conceptualize action with its decision phase, often ignoring the operational level. Thus, the question explored in the thesis is the following: How can we represent at the operational level the actions of irrigators in space and time to take into account in a dynamic and situated way their interactions with the agrohydrological components of the system? And what could this representation bring to the water management discussions of a specific case study? We first propose to mobilize the Affordance concept to build an agent-based model (WatASit) explicitly representing the possibilities of action of irrigators in situations of tension for water sharing. Applied to a typical gravity-fed network of the Buëch catchment in the Durance region (France), we show that the trajectories of the agents depend on the evolution of their possibilities during the irrigation campaign and that the analysis of these possibilities helps in the interpretation of individual and collective behaviours. In particular, the consequences of the abandon of the coordination by daily slots of the network, observed during the field surveys, does not seem to impact all the irrigators in the same way by reinforcing the spatial inequalities between the upstream and downstream parts of the network. We then propose the COPAT (COupling Plant and Agent Trajectories) framework to couple a crop model at the plot scale (Optirrig) and the WatASit model at the irrigation network scale. The temporal consistency of the coupling is based on the derivation of the crop model as a daily function. At each daily time step, the irrigation received by each plot is determined by the operations of the agents constrained by the sharing of water within the collective network. An earlier water stress is observed compared to irrigation that would not depend on such sharing, but the coordination of the network by daily slots tends to limit this stress. Finally, we propose COWAT (COupling Water and Agent Trajectories) as a coupling methodology with the spatialized hydrological model J2000 and highlight some points of vigilance to ensure spatial coherence at a fine scale. In the end, the Affordance concept connects with a wider interdisciplinary debate on the representation of human actions and hydrology is thought in interaction with these actions and the operational issues of water management.