Vers une gestion de la demande sur une nappe en accès libre

350 Pages·2001·2.61 MB·French

Université Montpellier II
Sciences et techniques du Languedoc
THESE de DOCTORAT
pour l'obtention du Diplôme de
Docteur de l'Université Montpellier II
Discipline : Sciences de l'Eau
Formation Doctorale : Sciences de l'Eau dans l'Environnement Continental
Ecole Doctorale : Sciences de la Terre
Présentée par
Sarah FEUILLETTE
VERS UNE GESTION DE LA DEMANDE SUR UNE NAPPE EN ACCES LIBRE :
EXPLORATION DES INTERACTIONS RESSOURCE USAGES
PAR LES SYSTEMES MULTI-AGENTS
Application à la nappe de Kairouan, Tunisie Centrale.
Soutenue publiquement le 27 mars 2001, devant le Jury composé de :
Michel DESBORDES Président du jury Pr., Université Montpellier II
Patrick LE GOULVEN Directeur de thèse Directeur de Recherches, IRD
Jean-Marie ATTONATY Rapporteur Directeur de Recherches, INRA
Claude MILLIER Rapporteur Directeur de Recherches, ENGREF
Jacques WEBER Examinateur Directeur de Recherches, CIRAD
Nourredine ENNABLI Examinateur Pr., INAT, Tunisie

RÉSUMÉ
Pour enrayer la surexploitation des nappes en accès libre, une gestion de la demande en
eau est de plus en plus préconisée. Jusqu'alors, la gestion des nappes a été étudiée par des
modèles de fonctionnement du système physique, les usages étant modélisés simplement,
sans tenir compte des comportements non marchands, des interactions locales entre
usagers, et des investissements à long terme.
Le présent travail, fondé sur le cas de la nappe de Kairouan, vise à tenir compte plus
explicitement des comportements socio-économiques réels et à fournir un outil d'aide à la
décision. Le modèle SINUSE repose ainsi sur l'hypothèse centrale d'importance des
interactions locale sur la dynamique globale. Il représente des agents autonomes
communiquant et agissant dans un environnement distribué et réactif. Après avoir permis de
tester la validité de l'hypothèse centrale, les simulations sont consacrées à l'évaluation des
impacts de certains outils techniques, économiques et réglementaires. Dans le contexte du
modèle et parmi les scénarios testés, l'instauration d'un quota semble constituer la mesure
la plus efficace pour limiter l'abaissement de la nappe et le coût social de l'intervention de
gestion. Si les résultats des simulations doivent être interprétés avec prudence, SINUSE, en
tant que formalisation conjointe des dynamiques sociales et physiques du système, peut
déjà constituer une base commune stimulant les discussions entre chercheurs et acteurs sur
la représentation du système et sur les effets de différentes interventions.
Mots clefs : interactions entre ressource en eau et usages, nappe en accès libre, nappe
surexploitée, gestion de la demande, modélisation multi-agent
TOWARDS A DEMAND MANAGEMENT ON A FREE-ACCESSIBLE WATERTABLE :
EXPLORING INTERACTIONS BETWEEN WATER RESOURCE AND USES BY MULTI-
AGENT SYSTEMS. Application to the Kairouan watertable, Center of Tunisia.
Demand management of water resources is more and more recommended to prevent the
overexploitation of free-accessible watertables. Until now, models on watertable
management have been focusing on physical processes, water demand being simply
modelled, without taking into account non-market behaviours, local interactions between
users, and long term investments.
The present work, based on the Kairouan watertable case, aims at accounting for more
explicit socio-economic behaviours and at providing a tool for decision making. A model,
named SINUSE, is therefore proposed, which lies on the main hypothesis that local
interactions have an impact on the global dynamic of the system. This model represents
autonomous agents, communicating and acting in a distributed and reactive environment.
After having allowed to test the validity of the central hypothesis, simulations were devoted to
assess the impacts of some technical, economical and regulatory tools of demand
management. In the model context, and among the tested scenarios, the establishment of
water quotas appears to be the most efficient tool to limit both the watertable falling and the
social cost of the measure. Provided that the simulations results have to be cautiously
interpreted, SINUSE, as a joint implementation of social and physical dynamics, can already
constitute a common basis stimulating discussions between researchers and actors, about
the system representation and about the effects of different management measures.

Je tiens en premier lieu à remercier les personnes qui ont encadré mon travail.
Patrick Le Goulven m'a donné les moyens de mener ma recherche. En Tunisie, il m'a fait
bénéficier de sa riche expérience du travail de terrain et m'a accordé une autonomie appréciable.
C'est sans doute à lui que je dois mon goût pour la gestion de l'eau à l'interface entre système
physique et société. Patrice Garin a depuis le début apporté un soutien convaincu et chaleureux à
mon travail. Il a su l'enrichir de ses conseils avisés, et a toujours offert des réponses réfléchies
et promptes aux interrogations que je lui soumettais. J'ai beaucoup apprécié ses qualités
scientifiques et humaines. François Bousquet a également contribué pour beaucoup au
développement de ce travail, en m'inculquant les bases des systèmes multi-agents, en me faisant
réfléchir à l'intérêt du modèle SINUSE et en m'apportant ses conseils pratiques lors de la phase
de modélisation. Le soutien de Christian Leduc a été tout aussi important, pour analyser le
foisonnement d'études et de données disponibles et parfois contradictoires sur la nappe de
Kairouan.
J'ai également tiré partie, à plusieurs étapes de ma thèse, de discussions à propos de mon travail
avec différents chercheurs non impliqués dans mon encadrement. Je remercie en particulier
Pascal Kosuth et Thierry Rieu pour ces échanges enrichissants.
Je suis très reconnaissante à Claude Millier et à Jean-Marie Attonaty d'avoir accepté d'être les
rapporteurs de cette thèse, malgré des emplois du temps dignes de leur renommée scientifique !
Jacques Weber, Nourredine Ennabli et Michel Desbordes m'ont fait un grand honneur en
acceptant de faire une lecture critique de ma thèse et de se constituer membres du jury ; je les
en remercie vivement.
Pour la phase du travail réalisé en Tunisie, je remercie Jacques Bourges et Eric Delaître, qui
m'ont chaleureusement accueillie dans leur foyer, respectivement en mai 1997, lors d'une
première mission de terrain, puis à mon arrivée d'expatriée en Tunisie, en septembre 1997, avant
que je ne creuse mon nid. Sur le terrain, je remercie toutes les personnes qui ont bien voulu
répondre à mes questions, et en particulier les fellahs de la plaine de Kairouan, dont l'accueil a
souvent été chaleureux. La sérieuse équipe des enquêteurs tunisiens ainsi que les responsables de
secteur ont largement contribué au bon déroulement du travail de terrain. Je tiens en particulier
à remercier Raïssi Ahmed, omda de Houfia, qui à plusieurs reprises a sillonné la plaine avec moi et
m'a fait bénéficier de sa connaissance de la région. Mes premières tournées de terrain ont été
enrichies par la compagnie de Mohamed Ben Younès, technicien de l'IRD, qui m'a enseigné les
rudiments de la langue tunisienne, m'a aidée à comprendre les réactions parfois surprenantes de
mes interlocuteurs, et m'a donné des conseils bienveillants sur le tact à déployer dans
différentes circonstances. Merci à Saïd, chauffeur-interprète de l'IRD, dont l'entrain et
l'humour m'ont aidée à surmonter des conditions de travail difficiles. La sympathie de Hassen a
également agrémenté certains voyages. J'ai toujours pu compter, lors de mes séjours à Kairouan,
sur la présence amicale et serviable d'Ali Jelliti, du CRDA, grâce à qui je ne me suis jamais sentie
seule dans cette ville au climat rude. J'ai apprécié l'accueil des responsables, techniciens et
secrétaires du CRDA, en particulier à la Division des Ressources Hydrauliques. Je remercie bien
entendu messieurs le gouverneur et le commissaire de Kairouan, ainsi que les délégués de Chébika
et de Haffouz, qui m'ont permis de mener mon travail sur le terrain.
Merci à toute l'équipe MERGUSIE pour les études et données dont j'ai pu tirer partie. Mon
travail de terrain a bénéficié des conseils expérimentés de Jean Vachez, de Michel Picouet et de
Laurent Auclair à la mission IRD de Tunis ; je les en remercie. De manière générale, je tiens à
remercier Jacques Claude, le responsable de la mission, pour son accueil, et tous les chercheurs,
thésards, stagiaires et techniciens, ainsi que le personnel local de la mission IRD à Tunis. Leur
sympathie, les amitiés développées ont ensoleillé le quotidien de ma vie tunisienne.
Lors de la phase de modélisation, Christophe Le Page a toujours répondu promptement à mes
questions, notamment sur le plan technique... Merci pour cette aide, et les mots de soutien qui
l'ont accompagnée ! Yahaya Nazoumou, qui effectue sa thèse sur la modélisation de la nappe de
Kairouan, a également été remarquablement réactif à mes questions - sans jamais s'en
impatienter, malgré leur grand nombre !
La dernière année de ce travail s'est déroulée au sein du Laboratoire d'Informatique Appliquée,
au centre IRD de Bondy. Pour cela, je remercie vivement Edith Perrier et Jean-Pierre Treuil de
m'avoir accueillie dans leur laboratoire, où j'ai pu bénéficier d'un agréable bureau et de
ressources informatiques appréciables. Initialement, mon travail devait être suivi à Bondy par
Michel Rieu. Je l'ai malheureusement peu connu, mais je me souviens parfaitement de notre unique
réunion, et de ses dernières recommandations bienveillantes. De manière générale, je remercie
toute l'équipe du LIA pour sa sympathie, son aide et son soutien... Merci en particulier à Chantal
Bernard pour la mise en page des photos et des cartes, et à Marie Piron et Stéphanie Carrière
pour leurs conseils. Les quelques présentations orales que j'ai pu faire devant l'équipe du LIA ont
été très enrichissantes en questions et en remarques. Je n'oublie pas de remercier Françoise
Pelletier, souriante et vigilante responsable du réseau informatique ! Mes journées au LIA
auraient été bien mornes sans Edem Fianyo, Yunne Shin et Gaston Pichon, qui ont su les
agrémenter de leur bonne humeur (à bon entendeur, salut !) et d'échanges intéressants sur la
mondialisation, les relations humaines, l'Afrique... Leur amitié a constitué pour moi un soutien
important, et une véritable soupape de décompression. Par ailleurs, je remercie Gaston Pichon
pour ses programmes sur mesure de transfert de fichiers et d'analyse statistique, et Yunne Shin
qui a attentivement lu et commenté une grande partie de mon travail. J'ai également profité des
relectures complémentaires de mes encadrants, de Gilles Belaud, de Gaston Pichon, d'Olivier
Barreteau et de Franck Le Gall ; je les en remercie tous vivement.
Je remercie Franck de m'avoir soutenue tout au long de cette aventure, et d'avoir fait preuve de
beaucoup de patience et de compréhension dans les moments difficiles. Pardonne-moi, petite
Enora, d'avoir été si peu joueuse avec toi durant les nombreux week-ends studieux.
Je ne remercierai jamais assez Christiane et Jos, et Julie, qui pendant plusieurs mois m'ont
accueillie chez eux comme leur fille, chaque fin de semaine, et se sont adorablement occupés
d'Enora pendant que je travaillais.
Je n'oublie pas non plus les milliers de petits gestes des amis et de la famille - les mots, les
discussions, les rires, les nombreuses tablettes de chocolat... qui m'ont insufflé force et joie !
Merci à Gaëlle pour sa présence attentive et précieuse.
Et, même si ces lignes appartiennent pour toi à une autre dimension, merci, doux Pierrot, pour la
richesse de nos discussions passées, pour nos folles descentes dans les puits de Kairouan, pour
ton amitié, qui est restée.
à Pierre, mon grand ami

TABLE DES MATIÈRES
INTRODUCTION GÉNÉRALE..............................................................................................................17
PREMIÈRE PARTIE : LA GESTION DE LA DEMANDE... SUR QUEL SYSTÈME RESSOURCE -
USAGES ?
PRÉLIMINAIRE : UN DÉVELOPPEMENT DURABLE FORT, FAIBLE, OU UN DÉVELOPPEMENT VIABLE ?.............27
1. LA GESTION DE LA DEMANDE SUR UNE NAPPE : ÉLÉMENTS D'ANALYSE................................................29
1.1. Une ressource collective en accès libre..................................................................................29
1.2. Les instruments de gestion de la demande appliqués aux ressources collectives.................31
1.2.1. Plusieurs échelles d'intervention sur la demande en eau...............................................................31
1.2.2. Des instruments techniques de gestion par la demande................................................................33
1.2.3. Des instruments économiques de gestion par la demande............................................................34
1.2.3.1. Les tarifications, redevances et taxes.....................................................................................34
1.2.3.2. L'accès payant........................................................................................................................35
1.2.3.3. Les marchés de l'eau .............................................................................................................. 35
1.2.4. Des instruments non économiques de gestion par la demande.....................................................38
1.2.4.1. L'éducation et l'information des usagers.................................................................................38
1.2.4.2. Les règles d'accès et d'usage.................................................................................................38
a. Prescription de normes................................................................................................................38
b. Prescription de droits d'eau..........................................................................................................38
c. Les quotas, des droits d'usage particuliers..................................................................................39
d. Les zones d'accès, outils spatialisés...........................................................................................40
e. Le contrôle de la demande..........................................................................................................40
1.2.4.3. Des contrats de gestion...........................................................................................................41
1.2.5. Choix d'un outil de gestion..............................................................................................................41
1.2.5.1. L'efficacité des instruments de gestion...................................................................................41
1.2.5.2. Complémentarité ou exclusion des instruments de gestion....................................................42
1.3. Difficultés de gestion de la demande inhérentes aux nappes.................................................42
1.3.1. Les caractéristiques des nappes....................................................................................................42
1.3.2 ....Rendent difficile la mise en œuvre de certaines mesures...........................................................43
1.3.3. Les différentes perceptions de la nappe et de l'eau.......................................................................44
1.3.4. Cadre institutionnel et efficacité des outils de gestion des nappes................................................46
1.4. La gestion de la demande sur une nappe : quel bilan ?.........................................................48
2. LE SYSTÈME NAPPE - USAGES ÉTUDIÉ...............................................................................................50
2.1. La gestion de l'eau en Tunisie.................................................................................................50
2.1.1. D'une amélioration de l'offre...........................................................................................................51
2.1.2. ...A une nécessaire maîtrise de la demande globale......................................................................52
2.1.3. Le cadre institutionnel de la gestion de l'eau..................................................................................53
2.2. La plaine de Kairouan : une nappe et un contexte agraire.....................................................56
2.2.1. La nappe de Kairouan....................................................................................................................57
2.2.1.1. Génèse et géométrie de la nappe de Kairouan.......................................................................57
2.2.1.2. Apports et sorties de la nappe.................................................................................................58
a. Apports et exutoires..................................................................................................................... 58
b. Qui sont les usagers de la nappe ?.............................................................................................60
2.2.1.3. Un bilan discuté.......................................................................................................................62
2.2.1.4. L'eau de la nappe est-elle de bonne qualité ?.........................................................................63
2.2.1.5. Le suivi de la nappe................................................................................................................63
2.2.1.6. Les modèles de fonctionnement de la nappe.........................................................................64
2.2.1.7. Un historique des prélèvements... Et des profondeurs...........................................................65
2.2.1.8. Les perspectives d'évolution de la nappe...............................................................................67
2.2.2. Principales caractéristiques du système agraire kairouanais.........................................................68
2.2.2.1. Un contexte physique difficile..................................................................................................69
2.2.2.2. Quelques mots sur l'historique du système.............................................................................70
2.2.2.3. Caractéristiques actuelles du système agraire........................................................................71
2.2.3. La gestion de la demande sur la nappe de Kairouan.....................................................................73
2.2.4. Le système d'étude : sous-système de la nappe de Kairouan.......................................................75
2.2.4.1. Délimitation du système d'étude.............................................................................................76
2.2.4.2. Point de vue préliminaire sur le système étudié......................................................................77
a. La nappe dans le système d'étude..............................................................................................77
b. Les usagers du système d'étude ................................................................................................. 77
c. Les interactions entre ressource et usagers et au sein des usagers...........................................78
2.2.4.3. Un regard global sur le système étudié...................................................................................78
3. CHOIX DE MODÉLISATION DU SYSTÈME ÉTUDIÉ...................................................................................82
3.1. Une approche systémique de l'objet d'étude..........................................................................82
3.2. Quel modèle pour étudier la gestion de la demande sur une nappe ?...................................84
3.2.1. Un modèle destiné à l'exploration du système...............................................................................84
3.2.2. Les modèles réductionnistes..........................................................................................................85
3.2.2.1. Des modèles hydrogéologiques pour contraindre la demande à l'offre..................................85
3.2.2.2. Des modèles pour décrire la demande en eau et tester certains outils de gestion.................85
3.2.3. Les modèles intégrés.....................................................................................................................88
3.2.4. Intérêts des systèmes multi-agents................................................................................................90
3.2.4.1. Principes de base des SMA....................................................................................................90
3.2.4.2. Des modèles adaptés à la représentation des dynamiques ressources/usages....................91
3.2.4.3. Des modèles pour appuyer des choix de gestion...................................................................94
4.VERS LA MODÉLISATION.....................................................................................................................96