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In this chapter, we present the main econometric specifications capturing spatial heterogeneity, or models of absolute locations, and examine how these specifications can be extended to further allow for spatial autocorrelation models of heterogeneous reaction by emphasizing the complex links between spatial heterogeneity and spatial autocorrelation. We detail some of these issues in the growth and convergence context in this chapter by first presenting the specifications allowing for discrete heterogeneity, that is, when different parameters are estimated following spatial regimes including a focus on recent papers dealing with the endogenous detection of convergence in the presence of spatial autocorrelation. Then we present continuous spatial heterogeneity models: geographically weighted regressions and models allowing for both continuous spatial heterogeneity and spatial autocorrelation. We conclude with some research directions.

Landscape heterogeneity shapes species distributions, interactions, and fluctuations. Historically, in dry forest ecosystems, low canopy cover and heterogeneous fuel patterns often moderated disturbances like fire. Over the last century, however, increases in canopy cover and more homogeneous patterns have contributed to altered fire regimes with higher fire severity. Fire management strategies emphasize increasing within-stand heterogeneity with aggregated fuel patterns to alter potential fire behavior. Yet, little is known about how such patterns may affect fire behavior, or how sensitive fire behavior changes from fuel patterns are to winds and canopy cover. Here, we used a physics-based fire behavior model, FIRETEC, to explore the impacts of spatially aggregated fuel patterns on the mean and variability of stand-level fire behavior, and to test sensitivity of these effects to wind and canopy cover. Qualitative and quantitative approaches suggest that spatial fuel patterns can significantly affect fire behavior. Based on our results we propose three hypotheses: (1) aggregated spatial fuel patterns primarily affect fire behavior by increasing variability; (2) this variability should increase with spatial scale of aggregation; and (3) fire behavior sensitivity to spatial pattern effects should be more pronounced under moderate wind and fuel conditions.

Undercooked ground beef is regularly implicated in food-borne outbreaks involving pathogenic Shiga toxin-producing Escherichia coli. The dispersion of bacteria during mixing processes is of major concern for quantitative microbiological risk assessment since clustering will influence the number of bacteria the consumers might get exposed to as well as the performance of sampling plans used to detect contaminated ground beef batches. In this study, batches of 25 kg of ground beef were manufactured according to a process mimicking an industrial scale grinding with three successive steps: primary grinding, mixing and final grinding. The ground beef batches were made with 100% of chilled trims or with 2/3 of chilled trims and 1/3 of frozen trims. Prior grinding, one beef trim was contaminated with approximately 10(6)-10(7) CFU of E. coli 0157:H7 on a surface of 0.5 cm(2) to reach a concentration of 10-100 cells/g in ground beef. The E. coli O157:H7 distribution in ground beef was characterized by enumerating 60 samples (20 samples of 5 g, 20 samples of 25 g and 20 samples of 100 g) and fitting a Poisson gamma model to describe the variability of bacterial counts. The shape parameter of the gamma distribution, also known as the dispersion parameter reflecting the amount of clustering, was estimated between 1.0 and 1.6. This k-value of approximately 1 expresses a moderate level of clustering of bacterial cells in the ground beef. The impact of this clustering on the performance of sampling strategies was relatively limited in comparison to the classical hypothesis of a random repartition of pathogenic cells in mixed materials (purely Poisson distribution instead of Poisson-gamma distribution).

Working Paper SMART-LERECO N°16-05; In this paper, we study how the proximity to cities affects the decision of farmers to enter thedirect-selling market in presence of spatial heterogeneity in agricultural yields. We develop atheoretical model which takes into account the externality of urban pollution and marketaccess costs on direct-selling profits. We find that regions hosting an intermediate-size cityare more likely to supply a wider range of direct-selling varieties. Additionally, we highlightthat spatial heterogeneity in productivity creates distortions in competition between farmers,and can have concomitant undesired effects on both the quality and the range of availablevarieties.; Cet article propose une réflexion sur les conditions d’existence et de pérennisation d’unefilière agricole en vente directe aux abords des grandes villes, en tenant compte d'effetsexternes négatifs liés à l'activité urbaine. On considère dans ce modèle que la proximité à laville génère des externalités de pollution pouvant nuire aux rendements agricoles. Le modèled’économie spatiale développé pour cette étude suppose que les agriculteurs ont le choix entredeux modèles de production, l'un conventionnel les conduisant à produire un bien homogène,l'autre de type « vente directe » où les biens sont verticalement et horizontalementdifférenciés. La résolution analytique de l'équilibre de marché permet de mettre en évidencel'existence d'une tension entre quantité et qualité de chacun des biens agricoles issus de lavente directe. Nous démontrons par ailleurs qu'à l'équilibre de libre-entrée, les villes de tailleintermédiaire sont les plus en capacité d'offrir une grande variété de biens. Enfin, nousmettons en évidence que la variation des externalités dans l'espace conduit à introduire del'hétérogénéité entre les producteurs, se traduisant par des distorsions de concurrence sur lemarché de la vente directe et une gamme de variétés plus faible à taille de ville de donnée.

Chapitre 2; All around the Mediterranean, forest systems have been shaped by long-term anthropogenic impacts. Today, they provide multiple goods and services. We show how the social-ecological system approach offers a good framework to understand their biodiversity, functioning and dynamics. Mediterranean forests have a huge biodiversity, not only in terms of the number of species but also in terms of within-species genetic diversity (at least tree species). We present a tentative typology of Mediterranean forests regarding this biodiversity. Then, we explain how the dynamics of Mediterranean forests is driven in particular by a combination of three characteristics: specific environmental constraints (mainly summer water deficit), a marked spatial heterogeneity of the environment at all scales, disturbance regime (e.g. fire, droughts, pest attacks, human pressure) of variable intensity and frequency. The future challenges for the Mediterranean forests will be to respond simultaneously to: (i) increased threats related to climate change and human pressure, (ii) new demand for multiple ecosystem services locally, (iii) emerging interest for Mediterranean resources to support adaptive strategies in other regions.

National audience

Diplôme : Dr. d'Universite; Les incendies de forêts se propagent au sein d’un combustible dont les caractéristiques physiques affectent le comportement, au même titre que les conditions atmosphériques et topographiques. Après une présentation des caractéristiques de la propagation d’un feu et des différents modèles de propagation, nous étudions le comportement du feu dans des combustibles homogènes en fonction de leurs caractéristiques physiques avec le modèle FIRETEC. Cette étude met en évidence un impact significatif de la fraction volumique (qui exprime la densité du combustible) sur la vitesse de propagation et l’intensité du feu. La vitesse de propagation décroît avec la fraction volumique ; cette tendance est validée par quelques données expérimentales de feux de litières. Par ailleurs, le comportement du feu peut passer de « wind-driven » à « plume dominated » selon la fraction volumique. En présence de canopée, cette dernière pilote également le seuil de propagation entre « torching » et « crowning ». Son fort impact sur le comportement justifie la pertinence de notre interrogation concernant l’effet de l’hétérogénéité spatiale du combustible, qui se traduit par des variations spatiales de la fraction volumique. Nous proposons ensuite une approche originale, inspirée de la bibliographie sur le rayonnement solaire dans les canopées, pour aborder les problèmes d’homogénéisation du combustible dans le calcul du transfert radiatif. Elle souligne l’influence de certaines caractéristiques du combustible (coefficient d’absorption local) et de l’hétérogénéité spatiale (recouvrement, taille des hétérogénéités) sur l’échauffement radiatif qui pilote une partie du comportement du feu. Lors de la propagation, les végétations les plus hétérogènes induisent une diminution de l’irradiance moyenne du combustible par rapport aux combustibles hétérogènes. Une distribution insuffisamment détaillée de la structure spatiale tend donc à augmenter la vitesse de propagation. Dans les canopées, une description de l’enveloppe des houppiers et la définition d’un coefficient d’agrégation à l’échelle de la pousse s’avèrent suffisantes pour une évaluation précise du transfert radiatif. Concernant les strates arbustives, une formule permet d’évaluer l’importance des effets attendus de l’hétérogénéité. Lorsque ceux-ci sont importants, une méthode d’homogénéisation est proposée. Dans un troisième temps, le calcul des écoulements en présence de canopée est abordé sous la forme d’une résolution explicite de la turbulence (large eddy simulation). Un travail de validation du modèle est proposé, sur la base de données expérimentales recueillies dans la littérature. Ces résultats illustrent l’influence significative de grandes coupures de combustible sur la nature des écoulements. Une investigation systématique des effets de l’hétérogénéité de la végétation sur l’écoulement est ensuite conduite. Pour une biomasse donnée, les résultats obtenus mettent en évidence que l’hétérogénéité du combustible induit une augmentation de la vitesse de l’écoulement moyen par rapport aux configurations homogènes. Les effets obtenus sont d’autant plus importants que le recouvrement et la taille des hétérogénéités sont élevés et que les agrégats de végétation sont denses. Une description à l’échelle des houppiers s’avère suffisante pour reproduire les écoulements au sein des canopées ; elle n’est nécessaire que lorsque le recouvrement est inférieur à 50 %. Enfin, nous étudions les effets de l’hétérogénéité de manière globale à l’échelle du paysage. Elle intégre l’ensemble des caractéristiques sur lesquelles l’hétérogénéité du combustible peut agir, y compris la source de chaleur. Elle confirme qu’une homogénéisation du combustible est à proscrire dans le cas des faibles recouvrements, alors que celle-ci ne pose pas de problème dans le cas de recouvrements élevés. Cependant, on observe une différence de comportement selon le type d’écosystème envisagé : dans le pin Maritime, l’homogénéisation se traduit par une augmentation de l’intensité et des dégâts, alors que c’est le contraire pour le pin d’Alep, qui est moins dense. Le recouvrement apparaît comme une grandeur cruciale pour la description du combustible à l’échelle de la parcelle. En effet, si une réduction du recouvrement de 75 à 50 % ne modifie pas significativement le comportement du feu, une réduction à 25 %, voire même à 0 % (suppression de la strate arborée) réduit très significativement les intensités prédites. Par ailleurs, la sévérité du feu diminue de manière importante lorsque l’on réduit le recouvrement. Cependant, les diminutions d’intensité et de sévérité s’accompagnent d’une inclinaison progressive du panache, qui induit des températures plus élevées en avant du front, qui peuvent être préjudiciables à la lutte. L’augmentation de la taille des hétérogénéités et des distances entre les agrégats induit une diminution de la sévérité du feu dans le cas de l’écosystème à pin maritime. D’autres résultats suggèrent que cette diminution pourrait être plus significative pour des recouvrements voisins de 50 %. Le travail s’achève sur une courte synthèse des différents enseignements de notre travail présentant une utilité pour le gestionnaire. Elle inclut les études appliquées réalisées, qui mettent en évidence l’applicabilité des modèles physiques. Quelques préconisations quant aux échelles appropriées à la description du combustible sont fournies, selon le type de modèle. Certains résultats concernant les écoulements sur les coupures sont appliqués à la pratique du brûlage dirigé. Le document s’achève sur quelques recommandations quant à la réalisation des coupures de combustible

International audience

We carried out a multi-taxa study to investigate the responses of species assemblages to stand and landscape variables in maritime pine plantation forests in the Landes de Gascogne (southwestern France). Breeding birds, carabid beetles, and ground-dwelling spiders were sampled simultaneously in a balanced set of 27 stands varying in tree species composition, age, and vertical structure. The composition and structure of surrounding landscapes were quantified within a 500-m radius around the stands. Species responses to a combination of 12 stand and landscape variables were estimated using multiple stepwise regression. Bird, carabid, and spider assemblages were related to the same explanatory variables using a set of co-inertia analyses. Tree height was the best predictive variable for all taxa at species richness, species assemblage, and individual species levels. Landscape variables were important as secondary factors, especially landscape fragmentation, spatial heterogeneity, and shape and spatial distribution of deciduous forest patches in the surrounding landscape. The occurrence of deciduous forest patches and an increasing landscape heterogeneity appeared to be beneficial to forest birds and spiders but not to carabids, probably because forest carabids are generally poor dispersers, more sensitive to habitat fragmentation, Nous avons réalisé une étude avec plusieurs taxa pour analyser la réponse d’assemblages d’espèces aux variables stationnelles et paysagères dans les forêts de plantations de pin maritime des Landes de Gascogne (sud-ouest de la France). Nous avons échantillonné simultanément les oiseaux nicheurs, les coléoptères carabiques et les araignées épigées dans un échantillon de 27 parcelles différant selon leur composition en espèces d’arbres, leur âge et leur structure verticale. La composition et la structure du paysage environnant ont été quantifiées dans un rayon de 500 m autour des parcelles. La réponse des espèces à une combinaison de 12 variables stationnelles et paysagères a été analysée par régression multiple pas à pas. La relation entre les assemblages d’oiseaux, de carabiques et d’araignées et les mêmes variables environnementales a été étudiée par une série d’analyses de co-inertie. La hauteur moyenne des arbres est la meilleure variable explicative pour tous les taxa à la fois au niveau de la richesse spécifique, de la composition des assemblages et de l’espèce. Les variables paysagères constituent des facteurs secondaires importants, en particulier la fragmentation du paysage, l’hétérogénéité spatiale et la forme et la distribution spatiale des îlots de feuillus dans le paysage environnant. La présence d’îlots de feuillus et l’hétérogénéité du paysage sont favorables aux oiseaux et aux araignées des habitats forestiers, mais ne favorisent pas les carabiques, sans doute en raison de la moindre capacité de dispersion des carabiques forestiers

Biophysical variable estimates from remote sensing data characterize plant canopy structure and functioning. The monitoring of earth surface dynamic processes at global scale requires high temporal frequency remote sensing observations which are provided up to now thanks to coarse spatial resolution sensors. At these scales, both the spatial heterogeneity of the observed scenes and the non linearity of the relationships between the biophysical variable of interest and the radiometric data, generate a bias in the variable estimation. This work aims at reducing the biophysical variable estimation uncertainty due to scaling effects. Spatial heterogeneity is characterized by the variogram of high spatial resolution remote sensing data (NDVI, NIR, RED). The analysis is performed for different landscapes. Typical length scales as measured by the range of the variogram is between 50m and 800m. Then, a method is developed to reduce scaling effects in the estimates of the biophysical variable. It accounts for spatial heterogeneity within coarse resolution pixel and the degree of non linearity of the relationship between remote sensed data and biophysical variable. Results show good performance for coarse resolution sensors. Based on the characterization of heterogeneity over a large range of landscapes (18), the optimal resolution, i.e the resolution that would minimize the artefacts due to spatial heterogeneity, is estimated at 30m.; La télédétection permet d'estimer les variables biophysiques révélatrices de l'état et du fonctionnement du couvert végétal. A l'heure actuelle, la répétitivité temporelle nécessaire pour caractériser le fonctionnement des couverts végétaux n'est assurée que par des capteurs à large champ observant la surface à des résolutions spatiales hectométrique ou kilométrique. Toutefois, l'hétérogénéité spatiale intra-pixellaire constitue une source d'incertitude significative lorsque les relations entre les variables biophysiques et les variables radiométriques mesurées par télédétection sont non linéaires. L'hétérogénéité du pixel moyenne résolution est caractérisée à partir du variogramme d'images de variables radiométriques (NDVI, PIR, ROUGE) issues d'un capteur à haute résolution spatiale. L'analyse de différents paysages montre que les échelles de variation expliquant la plus grande part de variabilité de la couverture végétale ont une gamme de valeur comprise entre 60m et 800m. D'autre part, un modèle a été construit pour corriger l'erreur d'estimation des variables biophysiques induite par l'hétérogénéité spatiale du pixel moyenne résolution. L'erreur d'estimation s'exprime de façon multiplicative en fonction du degré d'hétérogénéité et du degré de non linéarité de la relation entre la variable radiométrique et la variable biophysique. La correction est satisfaisante, en particulier à 1000m de résolution. A partir de la caractérisation de l'hétérogénéité spatiale de dix-huit paysages, la résolution spatiale optimale qui permet de capturer le maximum de variabilité de la couverture végétale du paysage pour minimiser l'erreur d'estimation a été estimée à 30m.

National audience; Nous cherchons à caractériser l’hétérogénéité spatiale d’une parcelle en terme d’état du couvert végétal : niveau de développement, état hydrique et surtout état azoté… Pour cela un suivi temporel du comportement radiométrique d’une parcelle de blé a été effectué grâce à différents capteurs dans le domaine optique. Ces mesures ont pour but l’estimation de variables biophysiques telles que la surface foliaire et le contenu en chlorophylle des feuilles à des résolutions spatiales de l’ordre du mètre ou de la dizaine de mètres. Les estimations peuvent ensuite être utilisées dans des méthodes d’aide à la décision utilisant soit des indicateurs (cf.Houlès et al.), soit des modèles de culture (cf. Guérif et al).

Scintillometry is widely recognized as a potential tool for obtaining spatially aggregated sensible heat fluxes at regional scales. Although many investigations have been made over contrasting component surfaces, few aggregation schemes consider footprint contributions. In this paper, an approach is presented to infer average sensible heat flux over a very heterogeneous landscape by using a large aperture scintillometer. The methodology is demonstrated on simulated data and tested on a time series of measurements obtained during the SPARC2004 experiment in Barrax, Spain. Results show that the two-dimensional footprint approach yields more accurate results of aggregated sensible heat flux than traditional methods.