Abstract :
[en] Since human beings began to use and shape the land, their influence on their
environment has kept on growing so that little or no ecosystem in the world is now
considered as untouched. This induces pressures on ecosystem health and land scarcity.
Africa is of particular concern because it still presents broad undisturbed zones and
key ecosystem services, despite being submitted to increasing anthropogenic pressures.
Landscape ecology appears suitable for the study of such phenomena, thanks to its spacebased
integrative nature and geographical level of focus. It studies the impact of spatial
pattern transformation — especially heterogeneity and its components — on ecological
processes and provides powerful analytical tools of landscape anthropisation.
The main objective of this thesis is to organise the concepts and methods, from
landscape ecology and related disciplines, into a consistent logic, to pinpoint missing
analytical frameworks for response-oriented anthropisation assessment, and to apply them
to African cases to explore the spatial patterns of anthropisation. In order to address
landscape anthropisation, we assemble diverse disciplines into a logical network (DPSIR).
The new theoretical framework is tested on Lubumbashi (DRC). In order to address
spatial patterns, we first evaluate the thermodynamic connection of the term entropy in
landscape ecology: spatial heterogeneity, unpredictability and scale influence. Then, based
on 20 landscapes, we highlight the complex relationship between spatial heterogeneity
and landscape anthropisation. We finally use the modelled relationships to test the
anthropogenic origin of the spatial pattern of a land cover class in Lubumbashi.
The main results of this research show that several concepts are used to describe different
aspects of anthropisation and that its quantification strongly depends on the reference states.
Data formats can be combined into a new assessment method ensuring more precision
and comparability, but a good field knowledge is required. As for heterogeneity, the
existing definitions of landscape entropy follow the logic of thermodynamics or information
theory, that are not compatible. Only unpredictability could be properly interpreted in
thermodynamic terms if energy transfer measurements were performed at the appropriate
level. The anthropogenic effects on heterogeneity completely diverge depending on the
amount of already anthropised surface, on the land cover type (natural or anthropogenic),
and on the heterogeneity components.
The aforementioned findings could be adapted to include functional aspects and
better address the relationship between spatial pattern and ecological processes. Such
integration would help designing response actions that can recommend human activities
and spatial patterns that could optimise the use of land to ensure ecological functioning
while supporting human development.
[fr] L’influence croissante de l’homme sur son environnement affecte désormais le monde
entier, ce qui induit des pressions sur la santé des écosystèmes et raréfie les ressources
en terres. L’Afrique présente un intérêt particulier à cet égard car elle contient de vastes
zones quasi vierges et fournit des services écosystémiques importants mais est soumise
à des pressions anthropiques croissantes. L’écologie du paysage étudie ces phénomènes
de façon intégrative au moyen de sa composante spatiale et de son échelle d’intérêt. Elle
étudie l’impact des transformations de la structure spatiale — en particulier l’hétérogénéité
et ses différentes composantes—sur les processus écologiques et fournit de puissants outils
analytiques de l’anthropisation.
L’objectif de cette thèse est d’organiser les concepts et méthodes de différentes disciplines
de façon à mettre en évidence leurs forces et faiblesses pour proposer une nouvelle
quantification de l’anthropisation, orientée vers la gestion, et de la tester sur des paysages
africains pour examiner la structure spatiale de l’anthropisation. Le DPSIR est utilisé pour
assembler les différents concepts. La nouvelle méthodologie est testée sur Lubumbashi
(RDC). Ensuite, le lien entre la thermodynamique et l’utilisation du terme entropie en
écologie du paysage est examiné. Vingt paysages servent alors à mettre en évidence la
complexité de l’impact de l’anthropisation sur l’hétérogénéité du paysage. Enfin, cette
modélisation sert à mettre en évidence l’origine anthropique de la structure spatiale d’une
classe d’occupation du sol à Lubumbashi.
Les résultats principaux de cette recherche sont que pléthore de termes sont utilisés
pour représenter différents aspects de l’anthropisation et que sa quantification dépend de
la définition d’états de référence. Cependant, la combinaison de différents formats de
données peut aboutir à une nouvelle méthodologie plus précise et adaptable, mais cela
nécessite une bonne connaissance de terrain. Les définitions de l’entropie dépendent soit de
la thermodynamique soit de la théorie de l’information, qui ne sont pas compatibles. Seule
l’imprévisibilité pourrait être interprétée thermodynamiquement, si les mesures de transfert
d’énergie étaient effectuées à l’échelle appropriée. L’impact humain sur l’hétérogénéité
diverge selon la quantité de surface déjà anthropisée, le type de couverture du sol pris en
compte ainsi que les composantes de l’hétérogénéité mesurées.
Ces découvertes peuvent être adaptées pour intégrer des aspects fonctionnels de la
structure spatiale et mieux cerner le lien entre celle-ci et le fonctionnement écologique, ce qui
permettrait de proposer des activités humaines et des structures spatiales qui optimiseraient
l’utilisation des ressources en sol pour assurer tant le fonctionnement écologique que le
développement humain.
Disciplines :
Physical, chemical, mathematical & earth Sciences: Multidisciplinary, general & others
Environmental sciences & ecology
