From the numerical model to the educational software: Lake Life

Du modèle numérique au logiciel didactique : la vie du lac

¹ Laboratoire d'Hydrobiologie, URA 695 du CNRS, Université Paul Sabatier, 118, Route de Narbonne, 31062 Toulouse Cedex, France
² Electricité de France, Direction des Etudes et Recherches, Département Environnement, 6, Quai Watier, 78401 Chatou Cedex, France

Abstract

"Lake Life" is a software program designed to introduce the lay person to lacustrian ecology and to the basic concepts of hydraulic management. Having become familiar with the dynamics of the trophic system as well as the mechanisms leading to eutrophication, the user may experiment with managing the reservoir of his choice. Change over time in the principal elements in the ecosystem is calculated by a mathematical model. This paper first presents the successive steps in development of the model: - choice of variables: three plankton groups, fish, nutrients, oxygen ; - representation of complex mechanisms : for example, the vertical structure simulated in two layers ; - transcription into equations. This recapitulation will initiate the reader into the problems of modeling an ecosystem. We shall then analyse a few simulated situations: variations in plankton groups in three situations with increasing trophism, and one example of the impact of turbining on the fish and planktonic populations and on oxygenation of the hypolimnion. The quite realistic behavior of the simulations makes this software an excellent teaching tool.

Résumé

"La Vie du lac" est un logiciel destiné à initier un public non averti à l'écologie lacustre et aux notions fondamentales de la gestion hydraulique. Après avoir pris connaissance du fonctionnement de la chaîne trophique ainsi que des mécanismes conduisant à l'eutrophisation, l'utilisateur a la possibilité de gérer une retenue de son choix. L'évolution dans le temps des principales composantes de l'écosystème est calculée par un modèle mathématique. Nous présentons ici les étapes successives qui ont permis l'élaboration du modèle : - le choix des variables : trois groupes planctoniques, poissons, nutriments, oxygène ; - la schématisation de mécanismes complexes : par exemple la structure verticale simulée en deux couches ; - la mise en équations. Cette démarche constitue une bonne initiation à la modélisation d'un écosystème. Nous analysons ensuite quelques simulations : l'évolution des communautés planctoniques dans trois situations de trophie croissante, puis un exemple de l'impact du turbinage sur les populations et sur l'oxygénation de l'hypolimnion. Le comportement suffisamment réaliste des simulations permet d'utiliser ce logiciel comme support de cours pour l'enseignement.