AGROCLIMATOLOGIE : Créer un tableau de bord scientifique et des KPI pour piloter le vivant

BILLAUT Fabrice

L’INGÉNIERIE DES ÉCOSYSTÈMES

Pilotage des écosystèmes

Créer un tableau de bord scientifique et des KPI pour piloter le vivant

Construire un écosystème résilient ne constitue pas la fin du projet.

C’est le début de son fonctionnement.

Un jardin, une ferme, un parc, un campus ou un territoire évolue continuellement :

  • les arbres grandissent ;
  • les sols se transforment ;
  • l’eau circule différemment ;
  • la biodiversité évolue ;
  • les températures changent ;
  • les besoins hydriques varient ;
  • les productions fluctuent ;
  • les événements climatiques perturbent le système.

La Vision Omakëya™ introduit donc une nouvelle étape :

le pilotage dynamique des écosystèmes.

Le principe est simple :

Mesurer → analyser → comparer → décider → agir → mesurer à nouveau.

On passe ainsi du jardin entretenu au système vivant piloté par la donnée.

I. POURQUOI PILOTER UN ÉCOSYSTÈME ?

Un système technique possède généralement :

  • des capteurs ;
  • des consignes ;
  • des actionneurs ;
  • des alarmes ;
  • des indicateurs ;
  • un automate.

Un écosystème peut être organisé selon une logique similaire.

             ÉCOSYSTÈME
                  ↓
               CAPTEURS
                  ↓
                DONNÉES
                  ↓
              ANALYSE
                  ↓
                 KPI
                  ↓
              DIAGNOSTIC
                  ↓
               DÉCISION
                  ↓
          ACTION / ADAPTATION
                  ↓
             ÉCOSYSTÈME

La différence fondamentale est que le système vivant possède une dynamique propre.

On ne commande pas directement un arbre comme on commande une pompe.

On crée plutôt les conditions permettant au système de fonctionner correctement.

II. DU CAPTEUR AU KPI

Il faut distinguer quatre niveaux.

Niveau 1 — Mesure

Exemple :

température = 31,4 °C

Niveau 2 — Indicateur

Exemple :

température moyenne de la zone = 28,7 °C

Niveau 3 — KPI

Exemple :

réduction thermique obtenue = −3,8 °C

Niveau 4 — Décision

Exemple :

augmenter l’ombrage de la zone sud.

Cette chaîne est essentielle :

Donnée → information → indicateur → décision.

III. LES GRANDES FAMILLES DE KPI OMAKËYA™

Un tableau de bord complet peut être organisé autour de huit grandes familles :

  1. climat ;
  2. eau ;
  3. sol ;
  4. végétation ;
  5. biodiversité ;
  6. production ;
  7. carbone ;
  8. économie et maintenance.

IV. KPI CLIMATIQUES

Le premier objectif consiste à caractériser le microclimat.

KPIUnitéFréquence
Température air°Ccontinue
Température sol°Ccontinue
Humidité relative%continue
Point de rosée°Ccalcul
Rayonnement solaireW/m²continue
PARµmol/m²/scontinue
Vitesse du ventm/scontinue
Direction du vent°continue
Pluviométriemmévénementielle
Nombre de jours > seuiljours/anannuelle
Nombre de nuits chaudesjours/anannuelle
Durée de sécheressejoursévénementielle

V. KPI DE FRAÎCHEUR

Pour un projet Omakëya™, la température moyenne ne suffit pas.

Il faut notamment mesurer :

  • température maximale ;
  • température minimale ;
  • température au soleil ;
  • température à l’ombre ;
  • température du sol ;
  • température des surfaces minérales.

On peut créer un KPI simple : KPIfraıˆcheur​=Treˊfeˊrence​−Teˊcosysteˋme​

Exemple :

surface minérale : 42 °C

zone végétalisée : 31 °C ΔT=11°C

Le système produit donc un effet de rafraîchissement de surface de 11 °C dans les conditions mesurées.

Attention : cela ne signifie pas automatiquement que l’air ambiant a été refroidi de 11 °C.

VI. KPI HYDROLOGIQUES

L’eau doit être suivie comme un véritable bilan hydrique.

Entrées

  • pluie ;
  • récupération d’eau ;
  • irrigation ;
  • apports extérieurs.

Sorties

  • évapotranspiration ;
  • ruissellement ;
  • infiltration ;
  • débordement ;
  • consommation.

On peut définir : Bilaneau​=Entreˊes−Sorties

VII. TABLEAU DE BORD DE L’EAU

KPIUnité
Pluie cumuléemm/an
Eau récupéréem³/an
Eau stockéem³
Eau infiltréem³/an
Eau d’irrigationm³/an
Eau consomméem³/an
Taux d’autonomie hydrique%
Niveau des réserves%
Nombre de jours sans irrigationjours
Efficacité d’irrigation%

Un indicateur particulièrement intéressant : Autonomiehydrique​=1−Eaubesoin​Eauimporteˊe​​

VIII. KPI DU SOL

Le sol doit être considéré comme une infrastructure biologique.

On peut suivre :

  • humidité ;
  • température ;
  • densité apparente ;
  • compaction ;
  • matière organique ;
  • carbone organique ;
  • pH ;
  • conductivité ;
  • CEC ;
  • stabilité structurale ;
  • infiltration.

IX. KPI D’INFILTRATION

Un indicateur particulièrement intéressant est la vitesse d’infiltration : Kinf​=AΔtΔV​

ou selon le protocole utilisé : f=ΔtΔh​

Une augmentation de l’infiltration peut traduire :

  • amélioration de la structure ;
  • augmentation de la macroporosité ;
  • activité biologique ;
  • diminution de la compaction.

X. KPI DE VÉGÉTATION

Le suivi des plantes peut comprendre :

KPIMesure
Taux de survie%
Croissance annuellecm/an
Diamètre du troncmm/an
Hauteurm
Surface foliairem²
Couverture végétale%
Floraisondates
Fructificationkg
Stress hydriqueindice
Mortalité%
Biomassekg ou t

Pour les arbres, le diamètre à hauteur de poitrine (DHP/DBH) constitue notamment une mesure standardisable.

XI. KPI DE BIODIVERSITÉ

La biodiversité est plus difficile à réduire à un seul chiffre.

Il faut suivre plusieurs dimensions.

Richesse spécifique

S=nombre d′espeˋces

Abondance

Nombre d’individus ou d’observations.

Diversité

Des indices comme Shannon peuvent être utilisés : H′=−∑pi​ln(pi​)

où pi​ représente la proportion de l’espèce i.

Mais la Vision Omakëya™ doit également suivre :

  • diversité fonctionnelle ;
  • habitats ;
  • espèces indicatrices ;
  • pollinisateurs ;
  • oiseaux ;
  • auxiliaires ;
  • décomposeurs.

XII. KPI DES HABITATS

Un écosystème peut être évalué par sa diversité structurelle.

ÉlémentKPI possible
Arbresnombre
Arbustesnombre
Strate herbacée%
Haiesmètres linéaires
Marem²
Prairiem²
Bois mortm³
Cavitésnombre
Nichoirsnombre
Zones refugesm²
Corridorsmètres

L’objectif n’est pas nécessairement de maximiser tous les indicateurs.

Il s’agit de créer une mosaïque fonctionnelle d’habitats.

XIII. KPI DE PRODUCTION

Pour un potager, verger ou système agricole : Productiviteˊ=SurfaceProduction​

Mais il est utile d’aller plus loin.

Rendement

kg/m²

Eau

Productiviteˊeau​=m3kg​

Énergie

Productiviteˊeˊnergeˊtique​=kWhkg​

Production économique

Valeurproduction​=kg×prix

On peut ainsi comparer différents systèmes.

XIV. KPI CARBONE

Le carbone doit être suivi dans plusieurs compartiments :

ATMOSPHÈRE
     ↓
  végétaux
     ↓
  litière
     ↓
    SOL
     ↓
microorganismes

On peut suivre :

  • biomasse aérienne ;
  • biomasse racinaire ;
  • carbone organique du sol ;
  • bois mort ;
  • produits récoltés ;
  • émissions liées à l’exploitation.

Le bilan peut être exprimé : BilanCO2​e​=Stockage−Eˊmissions

XV. KPI ÉCONOMIQUES

Le tableau de bord écologique doit être connecté au tableau de bord économique.

Suivre :

  • coût d’entretien ;
  • coût de l’eau ;
  • coût énergétique ;
  • coût de remplacement ;
  • coût de maintenance ;
  • production ;
  • économies ;
  • retour sur investissement.

Un indicateur particulièrement intéressant : Cou^teˊcosysteˋme​=Services produitsCAPEX+OPEX​

XVI. KPI DE MAINTENANCE

Le vivant nécessite également une maintenance.

On peut suivre :

  • heures de travail ;
  • interventions ;
  • taille ;
  • arrosage ;
  • désherbage ;
  • réparations ;
  • curage ;
  • mortalité végétale ;
  • remplacement.
IndicateurObjectif
Heures d’entretien↓
Eau d’irrigation↓
Remplacements↓
Incidents↓
Automatisation pertinente↑
Autonomie↑

XVII. LE TABLEAU DE BORD OMAKËYA™

Un tableau de bord synthétique pourrait prendre cette forme :

DomaineKPIValeurObjectifTendanceÉtat
ClimatΔT zone fraîche−3,2 °C−4 °C↑🟠
Eauautonomie72 %80 %↑🟠
Solmatière organique3,8 %4,5 %↑🟢
Végétationsurvie96 %>95 %→🟢
Biodiversitéespèces observées84100↑🟠
Productionkg/m²7,28↑🟠
Carbonestockage annuel2,1 tCO₂e2 t↑🟢
Maintenanceh/mois12<15↓🟢

Les seuils doivent être définis selon le site, les objectifs et le protocole de mesure.

XVIII. LES KPI DOIVENT ÊTRE DYNAMIQUES

Une valeur isolée possède peu de sens.

Il faut observer : KPI(t)

et surtout : dtdKPI​

Autrement dit :

la tendance est souvent aussi importante que la valeur absolue.

Exemple :

Un sol possède actuellement 3 % de matière organique.

Ce chiffre seul ne dit pas si le système s’améliore.

Mais :

2,1 % → 2,4 % → 2,7 % → 3,0 %

indique une trajectoire différente.

XIX. LES KPI D’ALERTE

Certains indicateurs doivent déclencher une alerte.

Exemple hydrique

Humidité sol
      ↓
< seuil 1
      ↓
surveillance
      ↓
< seuil 2
      ↓
alerte
      ↓
vérification
      ↓
irrigation éventuelle

Exemple thermique

T° > seuil
    ↓
analyse météo
    ↓
niveau de stress végétal
    ↓
priorisation des zones
    ↓
action

La règle essentielle :

une alerte ne doit pas automatiquement provoquer une action.

Elle doit d’abord déclencher une analyse.

XX. KPI ET JUMEAU NUMÉRIQUE

Les données réelles peuvent être comparées aux simulations.

       MODÈLE
         ↓
   température prévue
         │
         │ comparaison
         ↓
   température réelle
         │
         ↓
       ÉCART
         │
         ↓
    recalibrage
         │
         ↓
    nouveau modèle

On entre alors dans une boucle d’apprentissage.

XXI. L’ÉCART AU MODÈLE

On peut définir : Erreur=Mesure−Simulation

et : Erreur relative=Mesure∣Mesure−Simulation∣​

L’analyse des erreurs permet d’identifier :

  • mauvais paramètre ;
  • capteur défectueux ;
  • modèle incomplet ;
  • phénomène non pris en compte ;
  • évolution du système.

XXII. KPI ET IA

L’intelligence artificielle peut exploiter les séries temporelles.

Elle peut rechercher :

  • tendances ;
  • anomalies ;
  • corrélations ;
  • ruptures ;
  • cycles ;
  • relations climat-plante ;
  • relations eau-croissance.

Exemple :

Température
      +
Humidité du sol
      +
Rayonnement
      +
Vent
      ↓
     IA
      ↓
Stress hydrique probable
      ↓
Prévision
      ↓
Action préventive

L’IA devient alors un système d’aide à la décision, et non un substitut à l’expertise agronomique, écologique ou hydraulique.

XXIII. VERS UN « SCORE OMAKËYA™ »

On peut construire un indice synthétique de performance.

Par exemple : IO=wC​C+wE​E+wS​S+wB​B+wP​P+wK​K+wR​R

où :

  • C = performance climatique ;
  • E = performance hydrologique ;
  • S = performance du sol ;
  • B = biodiversité ;
  • P = production ;
  • K = carbone ;
  • R = résilience.

Les coefficients wi​ doivent être définis selon les objectifs du projet.

Il ne faut surtout pas transformer cet indice en « note universelle » des écosystèmes.

Le score sert à piloter un projet, pas à classer arbitrairement la nature.

XXIV. LE KPI LE PLUS IMPORTANT : LA RÉSILIENCE

Le véritable objectif de l’ensemble des indicateurs est finalement de mesurer une question :

Que se passe-t-il lorsque le système subit une perturbation ?

Exemples :

  • canicule ;
  • sécheresse ;
  • pluies extrêmes ;
  • gel ;
  • vent violent ;
  • ravageur ;
  • maladie ;
  • incendie.

On peut mesurer :

Résistance

Capacité à limiter la dégradation.

Résilience

Capacité à revenir vers un fonctionnement satisfaisant.

Adaptabilité

Capacité à évoluer lorsque les conditions changent.

XXV. TESTER L’ÉCOSYSTÈME

Un écosystème peut donc être soumis à des tests de résistance.

Test sécheresse

Réduction temporaire des apports d’eau.

Test chaleur

Analyse du comportement pendant une canicule.

Test pluie intense

Mesure :

  • infiltration ;
  • ruissellement ;
  • stockage ;
  • débordement.

Test biodiversité

Suivi de la recolonisation après perturbation.

On obtient progressivement une véritable ingénierie de la résilience.

XXVI. LE PROTOCOLE DE PILOTAGE OMAKËYA™

Chaque projet pourrait fonctionner selon une boucle permanente :

1. MESURER

Collecter les données.

2. CONTRÔLER

Vérifier leur qualité.

3. ANALYSER

Comparer aux objectifs.

4. DIAGNOSTIQUER

Identifier les écarts.

5. DÉCIDER

Déterminer l’action.

6. AGIR

Modifier le système si nécessaire.

7. ÉVALUER

Mesurer les conséquences.

8. APPRENDRE

Améliorer le modèle.

9. ADAPTER

Modifier progressivement la stratégie.

        MESURER
           ↓
        ANALYSER
           ↓
       DIAGNOSTIQUER
           ↓
         DÉCIDER
           ↓
          AGIR
           ↓
        ÉVALUER
           ↓
        APPRENDRE
           ↓
        ADAPTER
           │
           └────────→ MESURER

Le jardin devient ainsi un système d’amélioration continue.

XXVII. DE LA MAINTENANCE AU PILOTAGE

La différence est fondamentale.

Jardin traditionnel

« Les plantes doivent être entretenues. »

Jardin Omakëya™

« Le fonctionnement de l’écosystème doit être observé et piloté. »

On ne cherche plus systématiquement à maintenir chaque élément dans un état figé.

On cherche à maintenir :

les fonctions écologiques essentielles.

XXVIII. LE TABLEAU DE BORD DU FUTUR

À terme, un projet complexe pourrait disposer d’une interface réunissant :

┌─────────────────────────────────────────┐
│        OMAKËYA™ ECO-DASHBOARD           │
├─────────────────────────────────────────┤
│ 🌡 CLIMAT       92 %                    │
│ 💧 EAU          81 %                    │
│ 🌱 SOL          76 %                    │
│ 🌳 VÉGÉTATION   94 %                    │
│ 🦋 BIODIVERSITÉ 88 %                    │
│ 🍎 PRODUCTION   83 %                    │
│ 🌍 CARBONE      91 %                    │
│ 💶 ÉCONOMIE     87 %                    │
│                                         │
│ RÉSILIENCE GLOBALE : 87 %               │
├─────────────────────────────────────────┤
│ Alertes : 2                             │
│ Prévisions : 7 jours                    │
│ Actions recommandées : 4                │
└─────────────────────────────────────────┘

Mais derrière cette interface simplifiée doivent toujours se trouver :

  • des mesures fiables ;
  • des protocoles ;
  • des métadonnées ;
  • des séries temporelles ;
  • des modèles ;
  • des incertitudes ;
  • une expertise humaine.

XXIX. VERS L’ÉCOSYSTÈME AUTONOME

La progression logique devient :

écosystème observé

↓

écosystème mesuré

↓

écosystème instrumenté

↓

écosystème modélisé

↓

écosystème prédictif

↓

écosystème piloté

↓

écosystème adaptatif

C’est probablement l’une des évolutions majeures de la Vision Omakëya™.

L’objectif ultime n’est pas de tout automatiser.

Il est de permettre au système de détecter ses propres évolutions, d’identifier les risques et de proposer les adaptations nécessaires.

XXX. DU JARDIN AU SYSTÈME CYBER-PHYSIQUE VIVANT

Avec les capteurs, les SIG, les stations météorologiques, la télédétection, l’IA et les jumeaux numériques, l’écosystème peut désormais devenir une véritable infrastructure mesurable.

Il devient possible de connaître :

  • son climat ;
  • son bilan hydrique ;
  • son état biologique ;
  • sa production ;
  • sa dynamique végétale ;
  • son stockage de carbone ;
  • sa biodiversité ;
  • ses coûts ;
  • ses risques ;
  • sa trajectoire climatique.

Mais la donnée ne constitue pas la finalité.

Elle sert à répondre à une question beaucoup plus importante :

L’écosystème fonctionne-t-il réellement comme prévu ?

Et si ce n’est pas le cas :

Pourquoi ?

Puis :

Que faut-il modifier ?

C’est cette boucle permanente entre observation, science, ingénierie, décision et vivant qui transforme la Vision Omakëya™ en véritable méthode d’ingénierie des écosystèmes.

Mesurer → comprendre → prévoir → agir → apprendre → évoluer.

C’est le passage :

du jardin entretenu au jardin piloté,

puis :

du jardin piloté à l’écosystème adaptatif.