National Research Institute of Science and Technology for Environment and Agriculture
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Algorithmes d'apprentissage de la politique optimale d'un processus stochastique : application à un réseau d'alimentation en eau potable
No full textThis thesis deals with the solving of learning control problems whose optimal solutions are non stationary, by using a reinforcement learning technical, called the Q_learning. As always in the reinforcement learning applications, this method has always been used to find optimal stationary solutions. Although time sequential decomposition is inherent to Dynamic Programming, this aspect has simply been omitted in usual applications of Q_learning type of algorithms. A non stationary environment, a non stationary policy or a time dependent cost will naturally lead to non stationary optimal solutions and thus the particular nature of time entails a dedicated treatment when attempting to develop economical and heuristic solutions. Numerical simulations are proposed to validate and illustrate and show the robustness of the proposed algorithms. / Cette thèse s'intéresse à l'apprentissage de problèmes de contrôle à solutions optimales non stationnaires par une technique d'apprentissage par renforcement, le Q_learing. Cette méthode, comme la plupart des techniques de renforcement a toujours été utilisée dans des applications à solutions stationnaires. La prise en compte du temps inhérente à la Programmation Dynamique, a été omise dans les algorithmes de type Q_learning. Or un environnement non stationnaire, un coût ou une récompense dépendant du temps à minimiser ou maximiser, mènent naturellement vers des solutions optimales non stationnaires. Une adaptation du Q_learning, appelée QT_learning, a été mise au point afin de résoudre des problèmes dynamiques stochastiques à solution optimale non stationnaire, tels que la gestion d'un réseau d'alimentation en eau potable. Enfin, la thèse se concrétise par la mise en place d'un prototype permettant de gérer un réseau d'alimentation en eau potable de manière optimale en utilisant une méthode d'apprentissage auto-adaptatif, telle que notre adaptation du Q_learning
Contribution à l'évaluation des mesures agri-environnementales : exemples de démarches
No full textThis paper defines the contribution to an evaluation of agri-environmental schemes that could be made by the following projects organised by Cemagref 's «Agricultures et milieux montagnards» division: surveying four "Article 19" schemes in areas of agricultural decline, research program organised by the «Parc national des Ecrins», techno-economic assessment of the additional costs arising from recommended farm practices, analysis of the development and implementation conditions of the French local agri-environmental schemes. / Cet article vise à préciser la contribution à l'évaluation des mesures agri-environnementales que pourront apporter les travaux suivants, pilotés par la Division « Agricultures et milieux mon-tagnards » du Cemagref : suivi de quatre opérations « Article 19 » en zones en déprise, programme de recherche conduit dans le Parc National des Ecrins, estimation technico-économique des surcoûts résultant des pratiques préconisées pour les exploitations agricoles, analyse des conditions d'élaboration et de déroulement des opérations locales agri-environnement
Une démarche pour un diagnostic spatialisé des enjeux environnementaux dans le développement des Alpes françaises
No full textAssuming that/Based on the assumption that development processes lead to changes in the use and functions of space - changes which reveal the environmental stakes - this article examines the bases of an approach designed to facilitate the inclusion of theses stakes in the development policies for the French Alps. Including theses stakes means analysing the pressures exerted in the various territories of the Alpine massif and their level of perception, bearing in mind that theses territories are constructed gradually and that their identity changes along with the development. The proposed method analyses a variety of information with a view to determining the spatial expression of the development processes and their impact on the environment. This approach, which is necessarily of a general nature, is designed to provide general diagnoses for those responsible for drawing up the development priorities for the Alpine massif. The method has already begun to be used. / Partant de l'hypothèse que les processus de développement conduisent à des modifications des usages et des fonctions de l'espace révélatrices d'enjeux environnementaux, cet article expose les bases d'une démarche destinée à faciliter la prise en compte de ces enjeux dans les politiques de développement du massif alpin français. Leur intégration implique d'analyser les pressions exercées sur les divers territoires du massif et leur niveau de perception, tout en sachant que ces territoires se construisent progressivement et que leur identité évolue au fur et à mesure du développement. La méthode proposée mobilise des informations d'origines diverses en vue de déceler l'incidence spatiale des processus de développement et leur signification pour l'environnement. Cette approche, nécessairement générale, est conçue pour déboucher sur des diagnostics synthétiques, destinés aux responsables chargés de mener une réflexion d'ensemble sur les priorités du développement du massif. Son application a d'ores et déjà commencé
Les conditions d'adoption d'une solution innovante d'équipement : le groupe tracteur
No full textSharing machinery is becoming more common practice, in particular farmers are joining together to form small groups to purchase and use one or several tractors with their associated tools. This paper examines the conditions for adopting this formula for using equipment. It underlines the essential role of mutual assistance and dialogue between the farmers as well as the need for an organiser who is able to co-ordinate several farmers within one project. It confirms the importance of agro-economic factors for each farm. It also illustrates the contribution of agricultural machinery advisers who help farmers to make their decisions, in particular by supplying information. This work breaks new ground by taking into account the social aspects of co-operation to achieve a better understanding of sharing equipment. / L'utilisation d'équipements en commun se développe, notamment à travers l'achat et l'utilisation par un groupe restreint d'agriculteurs d'un ou plusieurs tracteurs avec les outils associés. Cet article examine les conditions d'adoption de cette formule d'équipement. Il met en évidence le rôle essentiel des relations d'entraide et de dialogue entre les agriculteurs, ainsi que la nécessité d'une personne mobilisatrice, capable de fédérer plusieurs exploitants autour d'un projet. Il confirme le poids des facteurs agro-économiques propres à chaque exploitation. Il montre aussi la contribution des conseillers en agro- équipement qui aident la réflexion des agriculteurs, notamment en leur fournissant des informations. L'originalité de ce travail repose sur la prise en compte d'une dimension sociale collective permettant de mieux comprendre un processus d'équipement en commun
Predictive control of an irrigation channel
No full textThe problem of the delay encountered in the water transport in irrigation channels makes the control of these systems very difficult. So, in this paper we propose a control method which allows us to compensate the time delay. Based on predicting the output over a large time horizon, this method is called the Generalized Predictive Control. First, we expose the basic principles of this control algorithm. Then we are interested in the application of this method to a simple-reach canal and we extend it to the case of two reachs separated by a cross-gate. The objective is to regulate the downstream discharge of the canal by controlling both the upstream discharge and the gate opening. / Le problème des temps de retard rencontrés dans le transport d'eau dans les canaux d'irrigation rend la commande de ces systèmes très difficile. Dans cet article, nous proposons une méthode de commande qui nous permet de compenser ces temps de retard. Cette méthode, appelée Commande Prédictive Généralisée, est basée sur une prédiction des sorties sur un horizon suffisamment long. Dans un premier temps, nous présentons les principes de base de cet algorithme de commande. Puis, nous nous intéressons à l'application de cette méthode à un simple bief de canal. Puis nous l'étendons au cas de 2 biefs séparés par une vanne de régulation. L'objectif est de contrôler la côte à l'aval du premier bief et le débit à l'aval du canal, en jouant sur le débit amont et sur l'ouverture de la vanne
La gestion des taillis de chênes vert et pubescent dans les garrigues du Gard : analyse du milieu et de la productivité des peuplements
No full textMedium term management of ageing Holm Oak (Quercus ilex L.) and Downy Oak (Quercus pubescens Willd.) coppices in the Gard requires a thorough understanding of the natural environments and yields of the plantations. This paper puts forward a method for analysing the environment and plantation in order to assess the yield of the oak coppices. 118 small stands were studied in different types of coppice. In general, two environmental parameters determined the dominant height of the stand : geopedological conditions (rock, parent material and soil) and topoclimate which depends on the position of the plantation (orientation and topography). The growth height is affected by the structure and composition of the plantation, together with the forestry and plant growth characteristics. Multivariate analyses enabled 9 types and sub-types of sites to be distinguished with particular environmental conditions (soil and topoclimate). The type of site is closely correlated to the variation in the dominant height of the plantations. Growth classes are proposed for the Holm Oak (3 classes) and the Downy Oak (4 classes). These results should assist plantation management selection : the best coppices should possibly be allowed to develop as standards, plantations of average fertility should be treated as simple coppices, coppices with low growth rate should be allowed to grow on. / La gestion à moyen terme des taillis vieillissants de chênes vert et pubescent des garrigues du Gard implique une bonne connaissance préalable des milieux naturels et de la productivité des peuplements. Ce travail propose une méthode d'analyse du milieu et du peuplement en vue d'évaluer la productivité des taillis de chênes. 118 placettes ont été étudiées dans différents types de taillis. Deux variables du milieu conditionnent pour l'essentiel la croissance en hauteur des peuplements : les conditions géopédologiques (roche, matériau parental et sol) et le topoclimat qui dépend de la position de la station (exposition, confinement topographique). La structure et la composition du peuplement, liées à la gestion et à la dynamique végétale, influent sur sa croissance en hauteur. Des analyses multivariées ont mis en évidence neuf types et sous-types stationnels en fonction des conditions de milieu (sol et topoclimat). Le type de station permet d'expliquer une part importante des variations de hauteur dominante des peuplements. Des classes de croissance ont été proposées pour le chêne vert (3 classes) et le chêne pubescent (4 classes). Ces résultats doivent faciliter les choix de gestion des peuplements : passage éventuel des meilleurs taillis à la futaie, traitement en taillis simple sur les stations à fertilité moyenne, vieillissement des taillis à très faible croissance
On the coupling of backscatter models with tree growth models :part 2 : RT modelling of forest backscatter
No full textTheoretical modelling of the forest backscatter, based on the radiative transfer theory (RT), is a powerful tool towards the development of quantitative forest applications such as biomass retrieval. One of the actual major limitations of RT modelling is the difficulty to obtain such a detailed canopy description. Even though classical forest parameters such as canopy height, trunk diameter and density can be quite easily obtained from field measurements or allometric equations, most of the crown pamareters are very difficult to measure or estimate. To this aim, we propose in this paper a new description tool based on an architectural tree growth model called AMAP. For a given species, the model must be calibrated at few growth stages, using statistical laws or Markov's processes. Then, for a given growth stage, the model is used for 3D architectural simulation. From there, a specific interface software called AMAP2SAR was developped allowing to extract the required RT geometric parameters from the architectural file. It allows to split vertically the canopy in n layers, based on relevant criterias describing the vertical variability of the cover. We first present the validation of the extracted parameters for Austrian pine plantations, by comparing them with in situ measurements. Then, we emphasis on the possibility to describe entirely the canopy in a very flexible and detailed way, depending on the characteristics of the theoretical models that will use the parameters as inputs. / Les modèles théoriques basés sur la théorie du transfert radiatif (RT) et simulant la rétrodiffusion radar, sont de puissants outils pour le développement d'applications forestières quantitatives comme l'estimation de la biomasse. Actuellement, une des limitations majeure pour les modèles RT est la difficulté d'obtenir une description détaillée du couvert forestier. Par conséquent, il est nécessaire d'utiliser des nouvelles approches de description du couvert forestier. Dans ce but, nous proposons un nouvel outil de description appelé AMAP, basé sur la modélisation architecturale de la croissance des arbres. Pour une espèce, le modèle est paramètré pour plusieurs étapes de croissance par des lois statistiques ou des processus Markovien et permet de simulé des arbres 3D réalistes. A partir de là une interface spécifique appelé AMAP2SAR a été développé permettant d'extraire les paramètres géométriques servant d'intrans au modèle RT à partir des fichiers résultats. Ainsi, les statistiques de 1er ordre et les histogrammes sont calculées pour chaque couche pour : le rayon, la longueur, l'orientation et la densité des différents ordres de branches (primaire, secondaire,...) etc jusqu'aux aiguilles. Nous présentons dans un premier temps la validation des paramètres extraits pour des plantations de pins noirs d'Autriche comparés au paramètres issus des mesures in situ. A partir de là, nous mettons l'accent sur les possibilités de décrire de manière détaillée et souple le couvert en fonction des exigences des modèles théoriques qui utilisent les paramètres en entrée
Les géomembranes
No full textSince the first applications in the 1960s, geomembranes have become progressively more widely used for the protection of the environment. Some users and consultants are still not familiar with these apparently simple membranes. The aim of this paper is to make geomembranes more widely known, describing first of all the various types and their characteristics. Secondly, examples of applications are given and, a particular case of use for storing effluent from animal husbandry is described in greater detail. Finally, there is an outline of current projects for research, standardisation and certification. These projects, in which Cemagref is actively participating, are essential for understanding and accepting geomembranes. / Depuis les premières applications dans les années soixante, l'utilisation des géomembranes s'est progressivement étendue à la protection de l'environnement. Ces produits d'apparence simple sont encore assez mal connus par certains utilisateurs et prescripteurs. Cet article s'attache donc à faire connaître les géomembranes. Ainsi, dans un premier temps, les différents types de géomembranes et leurs caractéristiques sont présentés. Dans un second temps, des exemples d'applications sont évoqués, et un cas particulier d'utilisation pour le stockage d'effluents d'élevage est abordé plus en détail. Enfin, sont présentés les travaux de recherche, de normalisation et de certification actuellement menés, nécessaire à la connaissance et à la reconnaissance des géomembranes, et auxquels le Cemagref participe activement
Infiltration from a surface point source and drip irrigation.2-An approximate time-dependent solution for wetfront position
No full textRaats' (1971) steady-state theory is here extended to provide an approximate analysis of the transient pattern of wetting around a point source. The assumption that a steady-state regime prevails behind the wetfront, and the use of the Clothier (1984) and Philip (1984) theories on water movement along the streamlines, allows an approximate transient solution for surface point source infiltration to be developed. This procedure was previously tested against absorption theory and laboratory experiments (Revol et Al., 1995), but now this new analysis is evaluated via a field test. The vertical elongating influence of gravity is found to be well predicted. Application of this analysis to design purposes is also mentioned. The role of the macroscopic characteristic capillary length of unsaturated flow, lc, is highlighted by this approximate solution. Finally we propose a method that allows estimation of lc from a point-source infiltration experiment. / La théorie du régime permanent de Raats (1971) est utilisée pour fournir une analyse simplifiée de l'écoulement transitoire sous une source ponctuelle. L'hypothèse selon laquelle un régime permanent prévaut à l'amont du front d'humectation et l'utilisation des théories de Clothier (1984) et Philip (1984) sur le mouvement de l'eau sur les lignes de courant, permettent de développer une solution transitoire simplifiée pour l'infiltration à partir d'une source ponctuelle. Cette approche a déjà été testée avec la théorie de l'absorption et des expériences en laboratoire (Revol et al., 1995), ici elle est évaluée par un test au champ. L'effet de la gravité sur l'élongation verticale du front d'humectation est bien prédite. On discute brièvement l'application de cette analyse au dimensionnement des réseaux à la parcelle. Cette solution simplifiée éclaire le rôle de la longueur macroscopique capillaire, caractéristique de l'écoulement non saturé, lc. Finalement nous proposons une méthode pour estimer lc à partir d'une infiltration sous une source ponctuelle
Solepur: a soil treatment process for pig slurry with subsequent denitrification of drainage water
No full textThe soil purification capacity for treating pig slurry was evaluated over five years using a hydrologically isolated field treatment plant, the so-called "Solepur" process. This involves three operations : (1) overdosing the managed field with surplus slurry, (2) collecting and treating the nitrate rich leachate, (3) irrigating the final treated water over other fields. The facility consists of (1) a managed field (3280 m2) which allows the total recovery of all the leachate water wich percolates through growing ryegrass, Lolium perenne, to which the pig slurry is apllied, (2) a storage-pump-reactor system for denitrification and (3) a non managed field for completing treatment. The purpose of this study was to evaluate over a five year monitoring period, the feasibility and performances of such a process, and to determine the optimum operationg conditions. From 1991 to 1995, 4931 m3/ha of raw pig slurry was applied to the managed field wich represents a nominal load of 983 m3 ha -1 yr -1. This process decreased the COD of pig slurry by 99.9 % and removed 99.9 % of phosphorus and appoximately 90 % of nitrogen. / La capacité de purification par le sol du lisier de porc a été évaluée à l'aide d'une parcelle isolée hydrologiquement. Le procédé comporte trois étapes : (1) surdosage de la parcelle aménagée avec le lisier en surplus, (2) collecte et traitement des percolats nitratés, (3) irrigation de l'effluent dénitritifié pour une finition d'épuration. L'objectif de l'étude était d'évaluer une telle approche au cours d'un suivi pluriannuel (5 ans). L'article présente une description détaillée de l'ingéniérie du procédé (mise ne place du système) et les principaux résultats obtenus