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Dossier : Les littoraux et la gestion intégrée des zones côtières

Une approche d’ingénierie cognitive pour la gestion intégrée de zones côtières : le cas d’un barrage sur un estuaire.

Caroline Blanche, Evelyne Goubert et Thierry Morineau

Résumés

Le territoire de l'estuaire de la Vilaine situé dans le sud de la Bretagne (France) est un écosystème qui met en jeu des intérêts socio-économiques et environnementaux importants. Depuis l’implantation d’un barrage, ce territoire se réduit en fonction de l'envasement, augmentant le risque de conflits d'usages. Le recours à une méthodologie d’ingénierie cognitive comme cadre d’analyse de cette problématique vise à proposer une nouvelle approche de gestion intégrée. Cette démarche a pour objectif d’intégrer la dimension écologique et des usages dans la gestion du barrage : outre l’émergence d’une description sous un nouvel angle d’un système technique en interaction avec un écosystème, cette analyse devrait permettre de proposer des pistes d’actions pour optimiser le fonctionnement du barrage.

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Texte intégral

Introduction

1Tout projet de gestion intégrée d’un territoire implique en principe deux grandes phases méthodologiques. La première relève d’une représentation du problème sous l’angle d’une modélisation de l’écosystème en question. La seconde phase renvoie à un ensemble de recommandations ou d’actions visant à mettre en œuvre une gestion du territoire articulant au mieux les contraintes provenant du milieu naturel et les différentes activités humaines (PNUE/PAM/PAP, 1999 ; Wasson, 1992). Si ces deux étapes s’articulent entre elles de manière logique, il n’en reste pas moins qu’elles impliquent chacune des démarches de réflexion différentes. La description du système nécessite le plus souvent un point de vue systémique, non centré soit sur les valeurs et objectifs d’un acteur en particulier, soit sur une dimension ou une échelle particulière de l’écosystème lorsqu’il s’agit d’une composante naturelle (un point de vue hydrologique par exemple). Ce point de vue systémique permet de saisir toute la complexité de l’écosystème en fournissant des modèles dits « multi-échelles » (Zurlini et al., 2006 ). Cette complexité est structurelle, c’est-à-dire inhérente aux caractéristiques des éléments du système. Elle est également fonctionnelle, car émergeant d’interactions multiples entre les éléments du système (Cadenasso et al., 2006).

2Naturellement, cette volonté de décrire la complexité d’un écosystème de manière objective sans privilégier une dimension particulière dans son observation est limitée par une approche forcément dirigée par les intérêts et les capacités propres à l’observateur. Ces intérêts et capacités relativisent le caractère objectif de la description du système (Zurlini et al., 2006). D’autre part, une description causale systémique des processus ne fournit que partiellement des éléments d’information pour comprendre les points de vue de chaque acteur sur l’écosystème et les conflits d’usage qui en résultent. En effet, un modèle systémique décrit les acteurs du système les uns par rapport aux autres, mais sans entrer dans le point de vue de chacun de ces acteurs (ses valeurs, ses objectifs). Une prise en compte des points de vue des différents acteurs est donc nécessaire dans une seconde phase. Pour obtenir ces points de vue, il faut pouvoir d’une certaine manière se mettre « à la place » d’un acteur particulier. La compréhension des différents points de vue et usages permet d’expliquer les conflits d’usages pouvant en résulter.

3Dans le cadre de notre étude, nous allons présenter une méthodologie qui permet de viser un modèle globalde la réalité, mais sous l’angle d’un point de vue particulier, celui d’un instrument : un barrage. Une méthode articulant une étude systémique d’un écosystème avec une étude des points de vue et usages des acteurs dans ce système doit logiquement permettre une approche efficace car complète, pour une gestion intégrée d’un territoire. Bien souvent dans les faits, l’approche des différents points de vue et usages freine la dynamique de l’intervention pour en arriver à prescrire des actions générant des consensus mous entre les groupes sociaux d’acteurs (Calvo-Mendieta, 2004). Au-delà de la difficulté récurrente de gérer les conflits d’usage dans un écosystème, l’une des principales raisons venant expliquer cette déperdition de l’initiative semble résider dans le type de réponse auquel aboutit ce type d’étude. En effet, la gestion intégrée est classiquement appréhendée sous l’angle de réponses politiques, économiques (Calvo-Mendieta, 2004), ou encore à travers des tentatives pour modifier les activités des usagers via une modification de leurs représentations sociales, pour résoudre les déséquilibres écologiques (Baggio, & Rouquette, 2006). D’après nous, si ces types de réponses sont nécessaires et importants dans le répertoire des actions possibles pour une gestion intégrée, elles présentent un risque de ne pas toucher de manière assez concrète les pratiques à court, moyen et long termes.

4L’objectif de ce travail est de proposer une nouvelle méthode pour favoriser une gestion intégrée des zones côtières visant à inscrire concrètement la prise en compte de l’écologie d’un écosystème donné dans les pratiques instrumentales d’un acteur-clef, ici les gestionnaires d’un barrage. Autrement dit, l’utilisation d’un instrument, voire sa conception, sera guidée non seulement par des contraintes propres aux objectifs des utilisateurs de l’instrument (ici les gestionnaires de barrage), mais également par des contraintes liées à l’écosystème et à ses usages dans lequel l’utilisateur met en œuvre l’instrument considéré. Un instrument est un système de perception d’un environnement et d’action sur cet environnement. En cela, un instrument dispose d’un point de vue sur cet environnement ; point de vue qui intègre celui du concepteur de cet instrument et celui de ses utilisateurs. Prenons l’exemple qui va nous intéresser dans cette étude, celui d’un barrage. Le barrage est un instrument disposant de capteurs permettant un certain degré de perception du monde environnant (mesure du débit d’eau par exemple) et d’effecteurs agissant sur ce monde (écluse, vannes,…). A travers le barrage et ses possibilités de perception et d’action sur l’environnement, les opérateurs et gestionnaires du barrage se forgent dans l’action une certaine représentation de l’environnement. Ils comprennent sous un certain angle les contraintes écologiques, mais également les contraintes posées par les pratiques des usagers. L’instrument déterminerait ainsi par la vision du monde qu’il apporte la manière d’appréhender autrui et serait donc un facteur critique pouvant expliquer les conflits d’usages.

5Si la conception d’instruments d’aide à la décision intégrant des contraintes écologiques et de performance n’est pas nouvelle (voir par exemple Bader, 2006, concernant une aide à la décision pour la gestion d’un barrage en Afrique), aucune tentative d’étudier un écosystème selon un point de vue instrumental n’a encore été faite à notre connaissance. Pour disposer de ce point de vue, nous proposons de développer une démarche d’ingénierie cognitive. Cette démarche est habituellement mise en œuvre pour étudier des systèmes socio-techniques, afin d’améliorer l’interaction entre l’Homme et la Machine (Rasmussen, 1986). Depuis ces dernières années, cette méthodologie met en relief la nécessité de voir l’humain en interaction avec un domaine de travail, c’est-à-dire les objets et propriétés sur lesquels l’humain réalise des transformations. Cette approche envisage la cognition humaine comme une forme d’adaptation à un ensemble de contraintes provenant d’un domaine (Vicente et Rasmussen, 1990). Un domaine est une part de la réalité composée d’un ensemble d’objets sur lesquels un individu effectue des transformations.

6Sur la base de notre savoir-faire en ingénierie cognitive appliquée à des systèmes socio-techniques classiques (voir par exemple Morineau et al., 2005 ; Morineau et Parenthoën, 2004), nous tentons d’appliquer cette approche pour tenir compte des contraintes écologiques de l’écosystème et des usages dans l’optimisation de mesures de régulation. Récemment, un ensemble de travaux en ingénierie cognitive sur le thème du fonctionnement d’un barrage hydroélectrique dans le cadre d’un marché dérégulé de vente de l’électricité a été mené et ont abouti à des propositions d’aides à la décision logicielles pour la gestion du barrage (Sanderson et al., 2005 ; Li et al., 2006). Si ces travaux confortent l’idée qu’il est possible d’appliquer l’ingénierie cognitive à un barrage et d’aboutir à la conception d’instruments d’aide au fonctionnement, il n’en reste pas moins que ces études n’intègrent pas dans l’analyse du domaine, les fonctions provenant de l’écosystème et des usagers. Notre étude vise, elle, à montrer qu’il est envisageable de décrire un domaine en intégrant de nouvelles dimensions offrant des perspectives pour une gestion intégrée du milieu via les pratiques instrumentalisées du barrage. Ainsi, nous faisons l’hypothèse qu’une telle démarche d’ingénierie cognitive peut permettre (i) de faire émerger une description pertinente du domaine, (ii) d’apporter des pistes d’actions concrètes pour optimiser le fonctionnement du système technique, via l’implémentation de principes dans l’utilisation d’instruments ayant un fort impact sur un écosystème (ici un barrage hydraulique).

7Dans la prochaine section de cet article, nous allons présenter le domaine d’étude sur lequel nous avons débuté la mise en œuvre de cette approche. Puis, nous présenterons les aspects méthodologiques d’une démarche en ingénierie cognitive et son application. Les sections suivantes présenteront les premiers résultats obtenus en termes de modélisation. Nous terminerons par une discussion des apports et perspectives offertes par l’ingénierie cognitive appliquée à la gestion intégrée de la zone côtière.

Méthodologie

Site d’étude

8A la limite entre terre et mer, un estuaire est une interface complexe entre des entités géographiques, écologiques et administratives distinctes où se côtoient des usages et des enjeux parfois opposés.

9La Vilaine draine un bassin versant d’environ 10 000 km2 et se termine par une zone estuarienne située au sud du Morbihan et caractérisée par la présence du barrage d’Arzal à 8 km de l’embouchure (figure 1). Ce barrage, dont la construction s’achève en 1970, sépare nettement deux zones dont les limites devraient être naturellement fluctuantes : la zone en amont du barrage est exclusivement fluviale et la zone en aval est restée estuarienne, avec une réduction de sa longueur de 50 km à 8 km. Le barrage, en bloquant les eaux saumâtres et chargées en particules lors de la marée montante, a permis de réduire considérablement les inondations en amont à Redon. La retenue d’eau douce en amont de l’ouvrage est actuellement utilisée comme port de plaisance, mais surtout comme source de production d’eau potable (Usine du Drézet à Férel). De plus, le système digue/barrage permet au véhicule de transiter selon un axe nord-sud sans passer par le pont de la Roche-Bernard en amont du barrage.

Figure 1. Répartition des usages sur le site d'étude : estuaire / barrage / secteur fluvial

Figure 1. Répartition des usages sur le site d'étude : estuaire / barrage / secteur fluvial

10L’ouverture du barrage, contrôlant le flux d’eau douce de l’amont vers l’aval, est conditionnée par les hauteurs relatives amont/aval dépendantes de la marée et des débits fluviaux.

11Les territoires, dévoués aux activités humaines occupant l’espace estuarien, ont été fortement réduits en raison de l’action directe de l’implantation du barrage (de 50 à 8 km), mais également en raison de l’accélération des processus de sédimentation de la fin des années 1960 au début des années 1990 : 16 millions de mètres cube déposés dans l’estuaire interne au cours de cette période (Goubert et Menier, 2005).

12Les différents acteurs (conchyliculteurs - moules et coques -, pêcheurs - civelles, crevettes, poissons, navigateurs de commerce, plaisanciers,…) doivent se partager les ressources (espèces biologiques, espace navigable, temps d’occupation…) dans un domaine estuarien dont le fonctionnement présente une dynamique modifiée. Cette réduction de territoire en fonction de l’envasement augmente le risque de conflits d’usages. Le recours à une méthodologie d’ingénierie cognitive comme cadre d’analyse de cette problématique vise à proposer une approche innovante de gestion intégrée.

L’ingénierie cognitive

13L’ingénierie cognitive est une discipline émergeante à l’intersection de la psychologie cognitive, de l’ergonomie et de l’ingénierie. Elle est tout particulièrement née des travaux précurseurs de l’ingénieur danois Jens Rasmussen dans les années 80 (Rasmussen, 1986). L’ingénierie cognitive a comme objectif originel de concevoir des systèmes techniques adaptés à la fois aux opérateurs, à leurs modes de traitement de l’information et aux contraintes relatives aux objets sur lesquels les opérateurs doivent effectuer des transformations, ce qui est appelé domaine de travail. Deux grandes avancées ont été permises dans l’étude des instruments de travail grâce à l’ingénierie cognitive. Tout d’abord, une méthodologie d’étude d’un système de travail a été systématisée. Particulièrement, les travaux de Kim Vicente au Canada (Vicente, 1999) ont permis d’aboutir à une méthode appelée « Cognitive Work Analysis » (CWA). Cette méthode se distingue des méthodes classiques d’analyse du travail par le fait qu’elle souligne l’importance d’une description des contraintes provenant du domaine du travail pour comprendre le comportement des opérateurs ayant à effectuer des tâches. En ce sens, il s’agit d’une approche écologique des activités humaines. Les comportements humains sont considérés comme principalement forgés par les contraintes provenant du domaine sur lequel ils déploient une activité.

14Ensuite, sur la base des résultats d’une CWA, il est possible de concevoir des instruments et notamment des interfaces Homme-Machine dites « écologiques » (Ecological Interface Design – EID), c’est-à-dire affichant de manière claire les contraintes du domaine de travail auxquels les opérateurs doivent s’adapter. De nombreux travaux notamment expérimentaux montrent qu’une interface de ce type améliore la performance des opérateurs notamment en situation imprévue (Vicente, 2002). Ces derniers perçoivent distinctement les contraintes du domaine et donc s’y adaptent de manière plus efficiente que durant des interactions avec des instruments et interfaces classiques qui privilégient certaines informations parmi d’autres au gré des choix souvent intuitifs des concepteurs de système.

15Dans le cadre de notre étude de l’activité d’un barrage au sein d’un écosystème estuarien, nous avons débuté une CWA. Cette approche de gestion intégrée passe par la prise en compte des activités du barrage, instrument central dans la problématique écologique d’envasement et de conflits d’usage. Nous allons donc maintenant présenter les étapes de la CWA.

L’analyse cognitive du travail (Cognitive Work Analysis – CWA)

16Cette méthode se déroule en cinq étapes. Chaque étape correspond à un ensemble de contraintes venant définir un ensemble de degrés de libertés dont disposent les opérateurs pour effectuer leurs activités. Le premier ensemble de contraintes provient du domaine ; c'est-à-dire des objets et des propriétés par lesquels les opérateurs réalisent des transformations. Cette première étape permet de caractériser les fonctions que le système de travail (opérateurs, instruments et organisation) doit respecter pour aboutir à une activité adaptée à l’égard des objets du domaine et de leurs propriétés. L’analyse du domaine de travail se fonde sur deux techniques de modélisation du domaine : la Hiérarchie de Raffinement (HR) ou encore appelée Hiérarchie « Partie-Tout » et la Hiérarchie d’Abstraction (HA) également appelée Hiérarchie « Fins-Moyens ».

17La Hiérarchie de Raffinement décompose le système technique en sous-systèmes et composantes. La Hiérarchie d’Abstraction permet pour sa part de décrire le domaine selon différents points de vue fonctionnels. Habituellement, cinq points de vue ou « niveaux » sont utilisés pour décrire un domaine. Du point de vue le plus abstrait au plus concret, on discerne ainsi :

  • Les objectifs fonctionnels justifient la présence du domaine de travail. Qu’est-ce qui fait que le domaine existe en lui-même ?

  • Les fonctions abstraites représentent les lois et les priorités dirigeant le domaine. Ces lois et priorités confèrent une certaine régularité au comportement fonctionnel du domaine ;

  • Les processus (appelés également fonctions génériques ou généralisées) correspondent au domaine vu sous l’angle des mécanismes qui le définissent.

  • Les fonctions physiques représentent les variables impliquées dans le domaine, dans la mise en œuvre des processus ;

  • Les formes physiques constituent l’ensemble des ressources physiques du domaine ainsi que leurs caractéristiques en termes d’appartenance et de localisation spatiale.

18Des relations de types « fins-moyens » sont identifiables entre les différents niveaux d’une HA. Les niveaux les plus concrets servent de moyens pour atteindre les niveaux les plus abstraits. Une ressource physique sert à manipuler une variable (fonction physique) ; cette variable sert à activer un processus ; ce processus est impliqué dans des lois générales (fonctions abstraites) pour aboutir à un objectif général. Inversement, les niveaux les plus abstraits se spécifient par les niveaux les plus concrets. L’analyse d’un domaine se veut la plus exhaustive possible. Idéalement pour chaque sous-système ou composante identifiée dans la HR, il est possible de présenter les fonctions déployées sous la forme des niveaux de la HA. Pour aboutir concrètement à ce type d’analyse, il est nécessaire de collecter des informations sur le domaine grâce à des entretiens et réunions avec des experts et à travers l’analyse de documents décrivant le domaine (Burns et Hajdukiewicz, 2004).

19La deuxième étape de la CWA consiste à analyser les contraintes provenant de la réalisation des tâches par le système de travail. Effectuer une tâche consiste à percevoir des informations et à agir sur le domaine. L’analyse de la tâche décrit ce qui est nécessaire de recevoir comme information et les types d’actions à mener. Cette analyse permet de définir les contraintes en termes de capteurs et d’effecteurs à mettre en œuvre.

20La troisième étape de la CWA relève de l’analyse des stratégies à mettre en œuvre pour effectuer ces tâches. Autrement dit, l’analyse passe de la question «que faire ?» à la question « comment le faire ? ». Une stratégie implique la mise en œuvre de critères pour sélectionner les actions efficaces en fonction du contexte de la tâche.

21La quatrième étape de l’analyse vise à prendre en considération les contraintes socio-organisationnelles. Compte tenu des stratégies à mener, il est nécessaire d’organiser le travail entre des équipes d’opérateurs et un ensemble d’outils et de règles de fonctionnement au sein de l’organisation. Elle induit également des choix en termes d’allocation des tâches entre les opérateurs humains et les systèmes automatiques.

22Enfin, la dernière étape de l’analyse vise à étudier les compétences nécessaires de la part des opérateurs pour s’adapter aux contraintes préalablement étudiées. L’aboutissement de cette démarche permet de définir le champ des activités possibles pour un opérateur donné, une fois qu’est satisfait l’ensemble des contraintes provenant du domaine, de la tâche, des stratégies, de l’organisation sociale et des compétences requises.

Mise en œuvre de la CWA dans l’étude de l’écosystème impliquant le barrage d’Arzal.

23Notre CWA s’est actuellement focalisée sur la première étape de la méthode, c’est-à-dire l’analyse du domaine. Classiquement, les champs d’application de cette méthode d’ingénierie cognitive relèvent de situations de travail dans lesquelles le contrôle du système de travail sur le domaine est bien délimité, comme par exemple dans le contrôle d’une centrale nucléaire, d’un avion, etc. (Vicente, 2002). Cependant, si l’on veut employer cette méthodologie dans le cadre d’un domaine naturel, la situation devient plus complexe : comme nous le verrons par la suite, les limites du domaine sont floues, l’environnement naturel ne dispose que partiellement de finalité fonctionnelle et enfin, de multiples systèmes interagissent avec le domaine naturel (Burns et Hajdukiewicz, 2004).

24Notre analyse s’est effectuée sur la base de documents scientifiques relatifs à l’analyse systémique d’un estuaire, notamment le rapport (PNUE/PAM/PAP, 1999), ainsi qu’à travers des entretiens avec les gestionnaires et opérateurs du barrage. Nous nous sommes également basés sur nos connaissances du site et de son fonctionnementsédimentologique, hydrologique et morphobathymétrique (Goubert, 1997 ; Menier et al., 2001 ; Goubert et al., 2000, 2005 ; Goubert et Menier, 2005 ; Goubert, 2006).

25Une fois que l’analyse du domaine a atteint un niveau de description suffisamment stable, nous nous sommes penchés sur les informations et actions requises pour effectuer les tâches de régulation du cours d’eau au quotidien via le barrage. Cette analyse fondée notamment sur des entretiens et observations du travail des opérateurs a permis d’inférer quelques éléments constituant des contraintes dans la réalisation des tâches et la mise en œuvre de stratégies de régulation du cours d’eau.

Résultats

26La figure 2 présente de manière synthétique l’articulation entre le domaine étudié, les contraintes liées aux tâches de régulation du barrage et celles propres aux stratégies de régulation. L’analyse du domaine a nécessité de mettre en place un modèle composé de trois Hiérarchies d’Abstraction : une hiérarchie propre au système « barrage » décrivant les équipements et fonctionnalités du barrage, une hiérarchie décrivant le domaine naturel, ses composantes et ses lois et enfin, une hiérarchie d’abstraction regroupant les dispositifs et fonctions partagés par les usagers humains de l’écosystème étudié (hormis le barrage).

Figure 2. Analyse du système existant à travers une approche d’ingénierie cognitive.

Figure 2. Analyse du système existant à travers une approche d’ingénierie cognitive.

27Cette représentation tripartite du domaine est liée au fait qu’il s’agit d’un domaine composite. Burns, Bryant et Chalmers (2005) se sont confrontés les premiers à ce problème durant leur analyse du domaine de travail d’une frégate. La réalisation de tâches sur une frégate nécessite de tenir compte d’un domaine composé à la fois des propriétés propres à la frégate (ses objectifs, ses lois de fonctionnement, processus, variables et équipement), des propriétés de l’environnement naturel avec lequel elle interagit (air, terre, mer) et enfin les propriétés de systèmes avec lesquels elle entrerait en contact (navire ou avion ami ou ennemi).

28Concernant l’analyse de la tâche, la figure 2 montre que les données obtenues par les opérateurs proviennent de la structure fonctionnelle du barrage présente dans le domaine. Cela signifie que les opérateurs ayant à effectuer la tâche perçoivent l’écosystème à travers les possibilités offertes par les équipements constituant le barrage dans la limite de leur champ d’action. Cette évidence a des implications fortes lorsqu’il s’agit de comprendre le point de vue des gestionnaires et opérateurs du barrage sur le plan écologique. Enfin, les stratégies vont tenter de gérer les conflits de priorité entre les trois composantes du domaine pour une prise de décision et une planification des régulations à mener sur la rivière.

29La figure 3 représente le contenu synthétique de la HA tripartite décrivant les fonctions du domaine auquel se confronte le barrage. Nous n’avons présenté ici que les fonctions les plus représentatives de chaque niveau de la HA pour simplifier la démonstration.

Figure 3. Représentation tripartite du domaine.

Figure 3. Représentation tripartite du domaine.

La Hiérarchie d’Abstraction des usagers

30Les usagers ont en commun l’objectif fonctionnel de vouloir exploiter la matière, l’énergie, les ressources biologiques et l’information provenant de l’environnement. L’information provenant de l’environnement correspond ici aux apports scientifiques, esthétiques et affectifs (bien-être) fournis par le milieu naturel. Ces objectifs reposent sur des principes fondamentaux (fonctions abstraites), comme l’équilibre entre les proies (en quantité, en diversité) et les comportements de prédation humaine (chasse, pêche) ou encore les relations entre cultivateurs, éleveurs et les ressources biologiques. Les activités des usagers sont également dirigées par la loi de l’équilibre entre l’offre et la demande dans le cadre d’une commercialisation des ressources. Les principes d’usage des composantes abiotiques du système (occupation des sols, navigation) dirigent également les usagers de la rivière. Ces principes se fondent sur des processus que l’on classifiera en quatre catégories (PNUE/PAM/PAP, 1999) :

  • Le transport : ici tout particulièrement la plaisance, le cabotage, les véhicules se déplaçant sur la digue ;

  • La production : l’usine de production d’eau, les activités agricoles et de conchyliculture ;

  • La régulation : les associations et instances politiques régulant les usages ;

  • L’information : les connaissances acquises et diffusées sur la nature.

31La mise en œuvre de ces processus se base sur des équipements et dispositifs (habitat, véhicules, …) et sur des conditions d’utilisation (période d’utilisation, pré-requis nécessaire pour pouvoir utiliser ces équipements). Concrètement, cela représente un territoire occupé par les groupes humains.

La Hiérarchie d’Abstraction du domaine naturel

32Tandis que le monde physique composé de la lithosphère, de l’hydrosphère, de l’atmosphère et des aspects astrophysiques subit des lois sans objectifs généraux, les organismes vivants composant la biosphère, disposent d’un objectif général les dirigeant, celui de l’homéostasie biologique qui leur permet de conserver leur intégrité. Le domaine naturel de la rivière est fondé sur un ensemble de lois physiques, chimiques et biologiques. Ces lois constituent des cycles mettant en mouvement des processus comme la marée, les courants, les cycles de vie, la saisonnalité, l’érosion, la sédimentation, les migrations et occupations de niches par les animaux. Ces processus engagent de nombreux paramètres relatifs à la météorologie, à l’ampleur des mouvements d’eau, aux caractéristiques des sédiments et de la biodiversité. Toutes ces variables rendent compte de la présence dans l’écosystème d’éléments abiotiques et d’organismes biologiques que l’on peut concrètement observer.

33A la frontière de ce domaine on trouve des organismes biologiques qui peuvent être considérés comme des usagers. Ainsi les poissons migrants doivent franchir l’obstacle constitué par le système technique barrage. Ils deviennent des usagers de la passe à poissons. Concrètement, en ouvrant la vanne la plus proche de la passe à poissons, laissant ainsi l’eau douce s’écouler dans l’estuaire, les gestionnaires du barrage permettent aux migrants de trouver le chemin de la passe dont l’objectif fonctionnel est le rétablissement de la continuité écologique du cours d’eau. De ce point de vue ces usagers sont les acteurs de processus tels que le transport ou la production. Cet aspect de l’analyse nous renvoie à la difficulté qui réside dans la définition des limites du domaine naturel (Burns et Hajdukiewicz, 2004).

La Hiérarchie d’Abstraction du barrage

34L’objectif fonctionnel du barrage, ce qui explique sa présence, relève de la volonté de réguler le débit de la rivière. Il s’agissait à l’origine d’éviter les crues liées aux grandes marées. Pour atteindre cet objectif, l’usage du barrage nécessite d’optimiser différents processus qui viennent en final se greffer sur le système. Ces processus sont du même type que ceux trouvés chez les usagers :

  • Le transport : assurer le transit des bateaux malgré la présence du barrage ;

  • La production : utiliser la retenue d’eau pour alimenter l’usine d’eau douce ;

  • La régulation : réguler les niveaux d’eau pour éviter les crues, mais aussi pour satisfaire d’autres besoins spécifiques des usagers, comme les agriculteurs souhaitant exploiter les champs situés dans le lit de la rivière.

  • Information : Informer et s’informer sur l’état des niveaux d’eau et renseigner sur les périodes d’ouverture et de fermeture de l’écluse par exemple.

35Pour mettre en œuvre ces processus, les opérateurs et gestionnaires du barrage peuvent manipuler quatre fonctions physiques : la quantité d’eau en amont et aval du barrage, la qualité de l’eau en siphonnant l’eau salée en amont du barrage par exemple, les mouvements de l’eau via les vannes et l’écluse, les mouvements sur ou sous l’eau via l’écluse et la passe à poissons. Pour agir sur ces variables, le barrage est constitué de capteurs de mesure et d’effecteurs permettant l’ouverture et la fermeture de ses composantes.

36Cette description du domaine via les trois HA permet de disposer d’un point de vue général sur le système global. L’articulation de ce point de vue avec celui du barrage va transparaître en croisant la HA du barrage avec sa Hiérarchie de Raffinement (tableau 1).

Tableau 1. Croisement de la Hiérarchie d’Abstraction du barrage avec sa Hiérarchie de Raffinement

Tableau 1. Croisement de la Hiérarchie d’Abstraction du barrage avec sa Hiérarchie de Raffinement

37Ce tableau permet de voir que chaque composante du système technique (vannes, volets, etc.) peut être classée dans un type de sous-système dans la HR. Les sous-systèmes générant un flux d’eau unidirectionnel d’amont en aval, un flux bidirectionnel ou bien un transit routier et pédestre via la digue servant de route. Cette catégorisation et son croisement avec les processus, les fonctions physiques et les formes physiques de la HA permet de montrer que les opérateurs du barrage ne peuvent agir que sur certaines composantes et pour un type d’action particulier durant les tâches. Par exemple, l’écluse est dirigée par les opérateurs, mais l’aspect bidirectionnel des entrées d’eau génère des arrivées d’eau salée. Lorsque ces entrées d’eau salée sont suffisantes pour rendre l’eau de la retenue impropre à la production d’eau potable, l’effecteur « siphon » est activé pour évacuer ces eaux salées (flux unidirectionnel, d’amont en aval). Ainsi, ce tableau peut servir de base pour comprendre les contraintes et les limites des actions et perceptions possibles du point de vue du barrage.

38En final, l’articulation d’un point de vue systémique via l’analyse du domaine et un début de point de vue centré sur le barrage via les possibilités de contrôle sur le domaine permet de soulever un ensemble de questions pour une gestion intégrée de l’estuaire. Dans la partie « discussion », nous allons présenter les perspectives qu’offre ces premières étapes d’une ingénierie cognitive.

Discussion

39En proposant une démarche d’ingénierie cognitive pour étudier un écosystème soumis à une mesure de régulation et ses usages, nous avons proposé que cette démarche ouvrirait la voie à des actions concrètes pour insérer les contraintes liées au fonctionnement de l’écosystème dans la mise en œuvre d’un instrument critique, un barrage dans un estuaire. Nous allons à présent décrire ce qui ressort de notre première analyse à la lumière de ces deux hypothèses.

L’ingénierie cognitive permet-elle une description pertinente du domaine ?

40La mise en œuvre d’un début d’analyse cognitive du travail (Vicente, 1999), nous a permis de mettre en évidence un ensemble de contraintes s’emboîtant les unes dans les autres et venant définir un champ de stratégies possibles pour une prise de décision adaptée (figure 2). Tout d’abord, nous avons présenté les contraintes provenant du domaine constitué du barrage, de l’environnement naturel et des usagers. Ces contraintes constituent l’environnement dans lequel les opérateurs et gestionnaires du barrage vont disposer d’un ensemble de degrés de liberté pour effectuer leur tâche de régulation de la rivière. Cette tâche se définit à partir des possibilités de recevoir certaines informations sur l’environnement via des capteurs et de mener des actions sur ce même environnement. L’analyse de la tâche pourrait permettre à son tour de faire émerger un ensemble de contraintes limitant les champs d’action et de perception des opérateurs du barrage. Sur la base d’un respect des contraintes de l’écosystème, des usages et des contraintes liés aux champs de perception et d’action possibles envers l’environnement ambiant, un ensemble de stratégies potentielles pourrait être envisagé pour la gestion du barrage. La pertinence de ces stratégies dépendra de la façon avec laquelle les opérateurs et gestionnaires du barrage percevront les contraintes provenant du domaine.

41Notre analyse fonctionnelle du domaine permet d’indiquer les caractéristiques du domaine à différents niveaux d’abstraction que les opérateurs et gestionnaires du barrage doivent idéalement percevoir pour mettre en œuvre une stratégie prenant en considération le domaine naturel et ses usagers d’une manière intégrée. Ce domaine global est composite (3 grandes parties) et met en œuvre de nombreuses fonctions propres à chaque partie du domaine qui interagissent avec les fonctions des autres parties. Nous allons à présent voir que chaque niveau de la Hiérarchie d’Abstraction décrivant ce domaine permet de soulever des aspects critiques pour une gestion intégrée.

42Tout d’abord sur le plan des objectifs fonctionnels de l’écosystème, il apparaît que le domaine naturel n’est pas guidé par un objectif particulier s’il s’agit du domaine abiotique, tandis que le domaine naturel est guidé par sa propre conservation, ce qui constitue l’homéostasie. Cet objectif n’intègre pas le barrage comme un moyen instrumental nécessaire pour sa réalisation. Autrement dit, le domaine naturel peut vivre et provoquer des phénomènes physiques sans le barrage. Par contre, le système barrage présente un objectif général au service des usagers : réguler le débit de la rivière pour éviter les crues et permettre un ensemble d’autres usages. En cela, le barrage sert d’intermédiaire instrumental entre d’une part les usagers et leurs besoins en exploitation de l’environnement et d’autre part le système naturel. Cette configuration présente de fortes implications sur le terrain qui ont pu être recensées auprès des usagers (Trivière, 2006). Les événements naturels qui se produisent dans le lit de la rivière sont vus comme principalement causés par le fonctionnement du barrage. Autrement dit, les usagers voient fréquemment les phénomènes environnementaux par l’intermédiaire du barrage. Une montée soudaine des eaux dans la rivière serait en priorité attribuée au fonctionnement du barrage, plutôt qu’à une cause provenant directement du milieu comme de fortes précipitations. Cette focalisation sur le barrage comme principale cause des événements naturels dans la rivière éloigne les usagers d’une compréhension objective des phénomènes naturels. Elle conduit au développement de théories naïves sur l’impact du barrage ne facilitant bien évidemment pas la résolution des conflits d’usage.

43La mise en évidence à travers la Hiérarchie d’Abstraction des différentes fonctions abstraites composants les trois parties de notre écosystème (lois et principes gouvernant le domaine) permet de mettre en évidence d’autres problèmes fondamentaux pour une gestion intégrée de l’écosystème. Les fonctions abstraites du barrage visent à optimiser la mise en œuvre simultanée des processus du barrage (transport, production, régulation, information). Concrètement, cette optimisation débouche par exemple sur des valeurs de débit d’eau à suivre en fonction des quantités d’eau présentes en amont et en aval du barrage et sur des marges et seuils en termes de quantité d’eau amont/aval à respecter. Ces valeurs, marges et seuils font du barrage en fonctionnement un filtre effaçant les petites variations en quantité d’eau dans le lit de la rivière (figure 4).

Figure 4. Fonction de filtre de perception de la réalité opérée par le barrage.

Figure 4. Fonction de filtre de perception de la réalité opérée par le barrage.

44Ce filtrage des variations continuelles conduit à réduire le comportement du cours d’eau régulé à trois états possibles : quantité d’eau en amont/aval inférieur au seuil minimum requis, quantité d’eau amont/aval dans les marges requises, quantité d’eau amont/aval supérieur au seuil maximum requis. Ce principe d’optimisation des quantités d’eau réduit in summa le comportement du fleuve à un état à valeur binaire : état normal ou dégradé. Ceci est souvent le cas en terme de gestion environnementale : souvent dans les supervisions de l’état de l’environnement à des fins de prise de décision, on se ramènera à des mesures type binaire pour qualifier l’état de bon ou dégradé… Ce fonctionnement est en contradiction avec les lois dirigeant l’environnement naturel. Le domaine naturel est dirigé par la mise en œuvre de processus non pas discrets et linéaires, mais continus et dirigés par des cycles temporels sur la base de la rotation de la terre autour du soleil et de la rotation de la terre sur elle-même. Ces cycles astrophysiques génèrent le cycle des saisons, le cycle des marées, le cycle jour/nuit. Ils sont également actifs dans les cycles biologiques de croissance et de reproduction de la biodiversité (cycle circadien). Le système abiotique subit lui-même par exemple le cycle des marées. De leur côté, beaucoup d’usagers de la rivière intègrent les cycles naturels dans leur activité. Ces cycles occupent une place centrale dans les activités des pêcheurs, chasseurs, cultivateurs et conchyliculteurs. Ce conflit de principes de fonctionnement s’observe concrètement dans le fonctionnement du barrage. Par exemple, durant la nuit, les vannes du barrage sont positionnées dans un état donné fixe en fonction de l’état de la marée ; les opérateurs effectuant des régulations exceptionnelles en cas de déclenchement d’une alarme. Le matin, l’opérateur régule de manière plus ou moins souple les vannes en fonction de l’état dégradé ou non qu’il observe alors. Ainsi, le cycle jour/nuit essentiel dans les principes régissant le milieu naturel n’est pas intégré dans le fonctionnement du barrage. Sur d’autres aspects, le barrage présente un fonctionnement cyclique, mais celui-ci est inverse à celui que le milieu naturel mettrait en œuvre s’il était seul à réguler le lit de la rivière. Ainsi, en été, la surface de la retenue est maintenue à niveau élevé pour assurer l’alimentation en eau potable et la navigabilité du cours d’eau. En hiver, la surface de la retenue est maintenue à niveau bas pour amortir d’éventuelles crues. En raison de ce fonctionnement (blocage de la marée montante et inversion de cotes été/hiver), les cycles naturels des variations de la qualité de l’eau sont perturbés.

45Si l’on regarde à présent l’écosystème sur le plan des processus mis en œuvre, notre analyse montre clairement une dissociation entre d’une part, des classes de processus similaires chez les usagers et pour le barrage (transport, production, régulation et information) et d’autre part les processus naturels. Ces derniers constituent soit des supports pour l’activité des usagers (eau douce collectée, plan d’eau navigable, etc.), soit des contraintes pour ces activités, comme par exemple les conditions météorologiques bonnes ou mauvaises, les courants aidant ou non la navigation. De manière centrale pour le barrage étudié ici, le processus d’envasement est perçu de manière très négative car perturbant les usages. A ce niveau fonctionnel, les conflits potentiels entre les processus naturels et les processus anthropiques s’affichent distinctement sous la forme de fonctions clairement différentes.

46Sur le plan des fonctions physiques, notre analyse montre que les fonctions à la disposition du système barrage pour percevoir le monde et agir sur lui sont en quantité restreinte et de nature rudimentaire. Seulement quatre fonctions permettent d’obtenir des données et d’agir : la quantité d’eau, la qualité de l’eau, le mouvement de l’eau, les mouvements sur et sous l’eau. Ce nombre limité de fonctions élémentaires sur lesquelles les opérateurs et gestionnaires du barrage peuvent appuyer leur action permet de comprendre les difficultés à prendre en considération l’ensemble des contraintes du domaine notamment naturel dans la gestion du barrage au quotidien.

47Par ailleurs, la prise en compte des formes physiques permet de souligner l’importance de la localisation spatiale des dispositifs du barrage pour percevoir des données et agir sur les masses et flux d’eau. Les phénomènes ne sont pas uniquement des paramètres avec des valeurs. Comme le montre la Hiérarchie d’Abstraction, ces paramètres se réfèrent à des processus qui suivent des cycles temporels. La compréhension de cette dynamique passe par une gestion perspicace des valeurs captées par différents dispositifs à différents endroits et à différents moments. Par exemple, les vannes sur marais permettent de capter des données sur le courant fluvial en amont et donc d’anticiper sur les flux d’eau qui atteindront le barrage dans les heures qui suivent. Toutefois, le barrage dispose de peu de données en aval. Les capteurs se limitent aux mesures prises au pied du barrage, ce qui réduit la mesure de son impact notamment sur les berges de l’estuaire où l’envasement se produit. Ainsi, l’absence de régulation du phénomène d’envasement est peut-être significativement liée à l’absence de capteurs à distance du barrage à l’embouchure de la rivière.

48Le croisement entre la Hiérarchie d’Abstraction du système barrage et la Hiérarchie de raffinement décomposant la structure du barrage en sous-systèmes et composantes (tableau 1) permet de montrer que chaque dispositif du barrage présente des caractéristiques particulières selon qu’il s’agit d’un sous-système permettant des sorties d’eau amont/aval, des sorties d’eau ou des entrées d’eau uniquement. Ces dispositifs se spécifient également selon qu’ils permettent ou pas de capter des informations ou d’agir sur les masses d’eau et selon les fonctions physiques et processus pour lesquels ils peuvent servir de moyens d’action. La prise en compte de ces caractéristiques est critique pour mettre en œuvre des tâches appropriées de régulation du débit de la rivière et des stratégies pour le court, moyen et long terme.

49Ainsi, notre analyse fonctionnelle sous l’angle d’une ingénierie cognitive met en évidence distinctement les fonctions composants le système global étudié et les relations entre l’écosystème, les usages et le barrage potentiellement conflictuelles. Nous allons à présent voir que cette représentation du problème permet également d’ouvrir des perspectives pour améliorer la gestion intégrée de l’écosystème via le barrage.

Peut-on proposer des actions pour optimiser le fonctionnement du barrage pour une gestion intégrée de la zone côtière ?

50Notre démarche n’en est encore qu’à ses débuts. Des observations et recueils d’information sur le terrain seront nécessaires pour spécifier précisément des actions à mener pour tenter d’intégrer le domaine naturel et les usagers dans les schémas d’utilisation du barrage. Toutefois à ce stade de notre analyse, un ensemble de propositions se profilent.

51Concernant les conflits se situant sur le plan des objectifs fonctionnels présents dans le domaine, il apparaît nécessaire que le barrage se donne entre autres comme objectif de réguler la rivière tout en conférant à celle-ci un comportement le plus naturel possible. Ce comportement naturel implique un rapprochement des lois et principes dirigeant le milieu naturel et déjà pris en considération par certains usagers (fonctions abstraites). Cela peut par exemple prendre la forme d’un calage avec le cycle naturel jour/nuit en automatisant par exemple le fonctionnement des vannes durant la nuit sur la base de données captées. Il s’agit également de mieux appréhender les cycles des espèces vivantes afin de ne pas perturber leur cycle de vie par des lâchers d’eau brusques. Un fonctionnement naturel du barrage passe également par la mise en œuvre de variations faibles et continues des niveaux d’eau.

52Sur le plan des processus, les fonctions de transport, production, régulation et information ne doivent pas seulement être à destination d’usagers humains mais également à des destinations de la biodiversité composant le milieu. La passe à poissons en est un exemple actuel. Les fonctions physiques quant à elles sont limitées. Une modélisation de leur mise en œuvre à travers un modèle formel peut être envisageable afin d’optimiser leur utilisation pour atteindre les objectifs écologiques que l’on peut donner au barrage. A cet égard, nos travaux sur l’analyse de la tâche par Machine de Turing constituent un modèle pouvant s’avérer approprié à ce genre de formalisation (Morineau et Frénod, 2005).

53Enfin, les formes physiques montrent un ensemble de capteurs et d’effecteurs pouvant être améliorés ou accrus pour saisir de manière anticipée et plus riche les phénomènes naturels. Mieux percevoir le milieu doit permettre de développer des stratégies à courts, moyen et long terme de gestion intégrée de la rivière via le fonctionnement du barrage. Notre analyse du domaine peut servir également à développer de nouvelles interfaces logicielles (Aide à la décision, SIG) permettant une meilleure perception des contraintes provenant du domaine et une action plus aisée sur celles-ci. Enfin, notre analyse peut servir de grille d’évaluation du degré d’accès aux fonctions du domaine par les capteurs et les effecteurs actuels et futurs du barrage ainsi qu’une évaluation des interfaces logicielles existantes.

Conclusion

54L’ingénierie cognitive a pour origine la recherche d’une performance dans un système socio-technique complexe en tenant compte non seulement des contraintes provenant du domaine de travail, mais également celles liées aux opérateurs humains à l’œuvre. En tentant d’appliquer ce cadre théorique et méthodologique à la gestion intégrée au sein d’un estuaire dans lequel est implanté un barrage, nous redéfinissons la notion de performance. Celle-ci intègre alors la prise en compte des contraintes écologiques.

55Notre analyse constitue une façon de présenter un système global orienté par les objectifs posés par un instrument de régulation d’un écosystème estuarien et les usages de ce dernier. Cette analyse devrait maintenant permettre de poser le problème en termes de tâches à accomplir par les opérateurs et les gestionnaires du barrage. Ces tâches auront pour objectif une optimisation des différentes contraintes de l’écosystème et de ses usages. Une description de ces tâches à travers notre approche devrait permettre d’évaluer et de re-concevoir si nécessaire, les moyens techniques permettant de mieux réguler au quotidien le système global (interfaces logicielles affichant clairement les différentes contraintes aux opérateurs, SIG, aide à la décision), mais aussi les moyens permettant d’élaborer à terme un observatoire surveillant le socio-écosystème pour une meilleure prise de décision. A ce propos, nous travaillons actuellement avec l’Institution d’Aménagement de la Vilaine dans le but de redéfinir clairement les variables stockées dans une base de données, ainsi que leurs modes de présentation et de diffusion. Ce travail se fonde directement sur l’analyse du domaine présentée dans cet article. Les variables stockées dans cette base de données sous exploitée sont autant de points de mesure partageables à la fois par les gestionnaires du barrage, mais également par les usagers pour améliorer leurs interactions avec le territoire.

Nous souhaitons remercier l’Institution d’Aménagement de la Vilaine (IAV) pour sa collaboration à ce travail ainsi que la Région Bretagne pour son soutien financier (bourse de thèse ARED).

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Table des illustrations

Titre Figure 1. Répartition des usages sur le site d'étude : estuaire / barrage / secteur fluvial
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Fichier image/png, 280k
Titre Figure 2. Analyse du système existant à travers une approche d’ingénierie cognitive.
URL http://journals.openedition.org/vertigo/docannexe/image/1911/img-2.png
Fichier image/png, 77k
Titre Figure 3. Représentation tripartite du domaine.
URL http://journals.openedition.org/vertigo/docannexe/image/1911/img-3.png
Fichier image/png, 154k
Titre Tableau 1. Croisement de la Hiérarchie d’Abstraction du barrage avec sa Hiérarchie de Raffinement
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Fichier image/png, 83k
Titre Figure 4. Fonction de filtre de perception de la réalité opérée par le barrage.
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Pour citer cet article

Référence électronique

Caroline Blanche, Evelyne Goubert et Thierry Morineau, « Une approche d’ingénierie cognitive pour la gestion intégrée de zones côtières : le cas d’un barrage sur un estuaire. », VertigO - la revue électronique en sciences de l'environnement [En ligne], Volume 7 Numéro 3 | décembre 2006, mis en ligne le 21 décembre 2006, consulté le 22 septembre 2019. URL : http://journals.openedition.org/vertigo/1911 ; DOI : 10.4000/vertigo.1911

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Auteurs

Caroline Blanche

Université de Bretagne Sud, Campus de Tohannic, F56000 Vannes, France, caroline.blanche@univ-ubs.fr.Caroline Blanche est doctorante à l’Université de Bretagne Sud (France). Ses travaux en psychologie ergonomique portent sur l’ergonomie cognitive de l’aide à la prise de décision dans le cadre de SIG.

Evelyne Goubert

Université de Bretagne Sud, Campus de Tohannic, F56000 Vannes, France. Evelyne Goubert est Maître de Conférences en géologie marine à l’Université de Bretagne-Sud. Elle étudie le fonctionnement hydro-bio-sédimentaire des environnements côtiers actuels et passés.

Thierry Morineau

Université de Bretagne Sud, Campus de Tohannic, F56000 Vannes, France. Thierry Morineau est Maître de Conférences en psychologie appliquée à l’ergonomie cognitive à l’Université de Bretagne-Sud. Ses recherches se centrent sur l’approche écologique en ingénierie cognitive.

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