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Dernière mise à jour : Mai 2018

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CLIMASTER changement climatique, systèmes agricoles, ressources naturelles et développement territorial

CLIMASTER

Volet 3 - Changements climatiques et ressources naturelles

L’étude du système dans son ensemble étant complexe nous faisons le choix d’analyser trois composantes de l’environnement (le sol, l’eau, la biodiversité) comme trois traceurs de l’état de santé actuel et futur de l’environnement.
Afin de répondre aux attentes du programme PSDR-GO nous allons privilégier :
  • L’inter-disciplinarité, en analysant de manière conjointe les différents compartiments de l’environnement (sol, eau, biodiversité) sur des territoires semblables et divers. Il s’agit d’identifier les enjeux liés au climat au sein de chacun des compartiments de l’environnement, d’identifier les déterminants clé du climat pour ces compartiments.

  • L’échelle inter-régionale, qui permet d’intégrer des variations très notables de climat, de milieu (sol, structure des paysages, topographie, substrat) et d’activités agricoles. Cette diversité est le moyen de s’interroger sur les variables climatiques spécifiques et génériques de certains contextes et enjeux.

Nous aborderons les effets des CC sur l’environnement par une triple approche :
  • Analyse des trajectoires d’évolutions passées. L’analyse des données sera axée sur les données des sites d’observations de longue durée, notamment les observatoires de recherche en environnement (ORE Agrhys et PFC) et certains observatoires opérationnels (Vilaine, GEPMO, Seulles…). Elle s'appuiera également sur les séries long-terme, haute-fréquence acquises par les différents services de l'Etat ou opérateurs privés.

  • Etude de la variabilité spatiale inter-régionale. L’analyse des données peut aussi être vue dans l’espace, au sein de secteurs locaux bien identifiées, comme à l’échelle régionale. On pourra ainsi analyser si les tendances sont générales ou spécifiques de certains secteurs, si elles sont synchrones ou non, en fonction de l’évolution des pratiques. L’ échelle inter-régionale présente certains risques : les données sont diverses en densité, en mode de prélèvement, …. Même si les indicateurs qui couvrent l’inter-région s’avèrent être au final nombreux (teneurs en nitrate, en matière organique,…) on se livrera à une analyse critique des données et des enseignements tirés les indicateurs régionaux accessibles.

  • Analyse de scénarios. La modélisation se fondera essentiellement sur les outils de modélisation développés pour des finalités opérationnelles, alliant une représentation conceptuelle des processus et une accessibilité des données. Ces modèles permettront de tester des scénarios d’occupation du sol, de structure de paysage sur le devenir des sols, les flux d’eau et de polluants (nitrates, matière organique, pesticides) et sur la qualité des sols. Ces outils seront mis à l’épreuve de scénarios climatiques, croisés avec des scénarios d’évolution des structures du paysage et des cultures. On partira des outils, modèles et scénarios définis, pour analyser l’impact des CC directs, puis croisés avec l'impact des changements de pratiques agricoles induits par les CC.

Nous aborderons les interactions entre climat, ressources naturelles et activités agricoles à partir de 5 questions qui sont identifiées comme des forts enjeux de l’inter-région.
TACHE 1
Dynamique du carbone dans les sols
Dans les espaces agricoles, le stock de carbone du sol et son évolution sont sensibles aux apports exogènes (résidus de culture, fertilisation organique) et aux conditions du milieu (type de sol, température, humidité). L’objectif sera d’évaluer l’impact du CC et des changements de pratiques agricoles associés sur la dynamique du carbone dans les sols. Nous proposons de mettre en œuvre une démarche de modélisation dynamique spatiale permettant de tester les scénarios climatiques produits par le Volet 1 et les scénarios de changement de pratiques produits par le volet 2. Nous nous appuierons pour cela sur le modèle RothC (Coleman et Jenkinson, 1996), modèle de dynamique des matières organiques dans le sol, largement utilisé et validé dans une diversité de contextes pédo-climatiques. Le travail comporte deux étapes : 1) une évaluation des stocks de carbone actuels, pour l’initialisation du modèle ; 2) la simulation des évolutions des stocks de carbone pour les différents scénarios climatiques et agricoles.
A l’échelle inter-régionale, il s’agira de coupler la modélisation de la dynamique du carbone aux bases de données sur les caractéristiques des sols. A cette échelle, les pratiques agricoles prises en compte (fertilisation, assolement, interculture) seront des pratiques moyennes par type d’occupation du sol. La finalité est d’avoir une estimation de l’évolution des stocks totaux de carbone dans les sols, d’identifier les espaces les plus sensibles au changement, et de fournir aux acteurs des éléments pour anticiper des mesures régionales de préservation de la qualité et de la fertilité des sols pour ces espaces. Cette échelle sera abordée là où les données sont disponibles (Bretagne, Basse Normandie).
A l’échelle du paysage (BV de taille moyenne), il s’agit de coupler la modélisation de la dynamique du carbone aux données locales sur les caractéristiques des sols. A cette échelle, la diversité des pratiques agricoles est prise en compte : parcelles, surfaces de production, mais également les autres éléments du paysage, les espaces semi-naturels (zones humides,…). Des références complémentaires devront être acquises pour les espaces non cultivés (échantillonnage, incubation en conditions contrôlées,…).
La finalité est la suivante : avoir une estimation fine des stocks de carbone et de leur distribution spatiale prenant en compte les interactions spatio-temporelles entre l’évolution du climat, des occupations du sol et des pratiques agricoles ; analyser la sensibilité de l’évolution des stocks au changement de pratiques par rapport au changement de condition du milieu (température, humidité) ; comparer les évolutions sur les parcelles aux évolutions dans les milieux semi-naturels.
TACHE 2
Alea Erosion. Confrontation des modèles existants pour développer une expertise inter-régionale de l’aléa érosion.
Cette question a pour objectif de proposer, à l’échelle inter-régionale, une évaluation et une spatialisation de l’aléa érosion par la prise en compte de critères qui influencent l’érosion hydrique (précipitations, topographie, propriétés et utilisation agricole du sol). Deux modèles ont été proposés récemment : l’utilisation du modèle SCALES en basse Normandie, basé sur une méthode arborescente permettant d’intégrer d’une part différentes entités spatiales (la parcelle agricole, la commune, le bassin versant…), d’autre part la sensibilité potentielle des milieux à l’érosion ; la révision du modèle de l’aléa érosion de l’Ifen proposé par l’INRA d’Orléans, pour la région Bretagne, en incluant une meilleure définition des propriétés des sols, des couvertures végétales du sol. Après avoir mis en place ces modèles de caractérisation de la situation actuelle, il sera possible de tester (seconde étape) différents scénarios d’évolution en modifiant les paramètres d’entrée des modèles. Le sens et la grandeur de ces variations des données d’entrée seront extraits des résultats des axes 1 et 2 (pluviométrie et pratiques agricoles). Les différents scénarios testés (variation de l’érosivité des pluies, modifications des pratiques culturales…) permettront de mesurer les conséquences sur les hydrosystèmes du CC.
La méthode et les scénarios associés seront testés et extrapolés à l’ensemble de la Basse Normandie et de la Bretagne, et appliqués à quelques sites identifiés comme sensibles par les acteurs et chercheurs des autres régions partenaires. La restitution des résultats se fera sous forme de cartographies à différentes échelles en fonction des unités spatiales d’intégration (parcelle agricole, bassin versant, communes). Elle pourra être confrontée aux perceptions des acteurs (charte graphique, légende, unité spatiale d’intégration…) de manière à être utilisée en routine lors des phases de concertation des SCOT, des PLU, des SAGE. Ce projet est en lien avec le programme du 6ème PCRDT RAMSOIL « Sustainable use of soil related to different agricultural practices – thematic strategy on soil” et avec le programme régional DITEC « DIagnostic Territorial de l’Erosion des sols du Calvados ».
TACHE 3
Erosion et transfert des MES dans les bassins versants.
Les concentrations et flux de MES montrent en général une grande variabilité entre les sites, due aux caractéristiques physiques des bassins versants, aux modes d’occupation des sols, aux aménagements et aux pratiques agricoles. La part de l’érosion des versants par rapport à l’érosion de la zone riparienne, des berges et de la mobilisation des sédiments est discutée. Il subsiste beaucoup d’incertitudes sur les relations de cause à effet entre le ruissellement érosif et les transports hydro-sédimentaires dans les cours d’eau. Les études actuelles se tournent donc aujourd’hui vers la question des liens pouvant exister entre la charge des cours d’eau en MES et l’érosion des versants. Outre l’aspect fondamental qu’elle peut représenter, cette recherche correspond également à de nombreuses attentes des acteurs en lien avec des problématiques environnementales, notamment en terme d’amélioration de la qualité écologique des masses d’eau. On attend de ce thème une confrontation des données et des modèles développés en Normandie et en Bretagne, pour fournir un diagnostic mieux spatialisé dans l’inter-régionalité des sources de matières en suspension, de leurs déterminants, notamment climatiques et hydrologiques. On attend également une production de modes de représentation des connectivités dans le bassin versant, pour savoir où et quand les indicateurs d’alea érosif peuvent être considérés comme des bons prédicteurs des flux de MES dans la rivière. L’équipe ESE d’écologie aquatique interviendra pour analyser de manière croisée les évolutions des habitats et populations d’espèces sentinelles.
Le travail s’attachera à 1) analyser les liens hydrologiques entre les versants et les cours d’eau en cernant les différents espaces du ruissellement (connexions/déconnexions, rôles des réseaux de voiries ou de fossés…) en fonction de la variabilité des configurations morphologiques, paysagères et agraires inter-régionales, 2) étudier les rythmes de ces transferts en fonction des régimes pluviométriques et hydrologiques (crues, hautes eaux…) et 3) évaluer les conséquences du CC sur ces rythmes.
Pour la Basse Normandie, ce travail est en lien avec le programme du CPER « GR²TC » (Gestion des ressources, risques et technologiques en domaine côtier) notamment sur la question des apports sédimentaires des bassins côtiers à la zone littorale.
TACHE 4
Agriculture, paysage et ressource en eau : identification des déterminants liés au climat
L’analyse des données sera axée sur les données des sites d’observations de longue durée, notamment les observatoires de recherche en environnement (ORE AgrHyS et PFC) et certains observatoires opérationnels (Vilaine, GEPMO). On ciblera alors les données de carbone organique dissous et nitrate, les données acquises par une sonde multiparamètre sur ces sites. Cette analyse s'appuiera également sur les séries long-terme, haute-fréquence acquises par les exploitants de prise d'eau ou les différents services de l'Etat en charge du contrôle de la qualité des eaux brutes, séries qui seront rassemblées et constituées en bases de données dans le cadre du projet. Elle portera sur la qualité et la quantité de la ressource (séries chronologiques niveau de nappe, de débit, de concentration et de flux). Le principe général de l’analyse des données sera : 1) de préciser les tendances long-terme et leur variabilité spatiale; 2) d’identifier les effets d’évènements atypiques, que ce soit à l’échelle annuelle (sécheresse de 2004, forte pluviométrie de 2001,…), ou à l’échelle d’évènements élémentaires (crues majeures) sur les tendances; 3) de rechercher à petites échelles l’effet de processus ou de structures évalués à grande échelle, et réciproquement. On souhaite ici ne pas se focaliser sur un élément chimique ou un type d’objet, mais viser large, en interrogeant les chercheurs ayant des bases de données sur la ressource en eau, en sollicitant leur expertise sur l’intérêt qu’ils voient à revisiter leurs données sous l’angle de la variabilité climatique. Nous entendons également mobiliser tous les producteurs de données, qu'ils soient publiques ou privés. Il existe un très grand nombre de structures qui acquièrent des séries de données, dont certaines sur de longues durées et avec une très haute fréquence de mesures. Ces données constituent une mine d'informations, peu ou pas exploitées scientifiquement. La confrontation des séries hydrochimiques à la variabilité du climat qui sera au cœur de cet axe "analyse" est un angle qui n’a pas souvent été traité en tant que tel et nous attendons une forte valeur ajoutée au fait d'inscrire cette confrontation au cœur du présent contrat.
TACHE 5
Agriculture, paysage et ressource en eau : identification de scénarios et modélisation
La modélisation se fondera essentiellement sur les outils développés par l’UMR SAS. Ces outils que sont TNT et SACADEAU allient une représentation conceptuelle des processus et une accessibilité des données cohérente dans un cadre opérationnel. Ils sont aptes à tester des scénarios d’occupation du sol, de structure de paysage sur les flux d’eau et de polluants (nitrates, matières organique, pesticides). Ces outils seront mis à l’épreuve de scénarios climatiques, croisés avec des scénarios d’évolution des structures du paysage et des cultures. On s’attachera en particulier à croiser nature et localisation des cultures, extension des zones humides et climat, ces trois compartiments inter-agissant dans le déterminisme des flux d’eau et de polluants. Le projet aura des liens avec le projet ANR APPEAU cité par ailleurs (fiche acteur VR2). On partira des outils, modèles et scénarios définis, pour analyser l''impact des CC et l'impact des changements de pratiques agricoles induits par les CC. Les interactions entre CC et changements de pratiques agricoles sur les flux d'eau et de polluants pourront également être analysées. On s’attachera à travailler à la fois sur les bassins versants des ORE et sur des bassins versants côtiers de taille moyenne, afin de mieux déterminer les flux terre-mer et leur évolution. Les résultats seront confrontés aux évolutions long-terme issues de l'analyse de données, auxquels ils permettront de donner une signification (rôle respectif des CC en cours et de l'évolution des pratiques agricoles)