Mercredi 2 juillet – de 10:30 à 19:00
Session A3 : Les approches larges échelles : de la connaissance à l’action
Approche interdisciplinaire de la détection, de la caractérisation et de la quantification des impacts urbains sur les écosystèmes des plaines d’inondation à l’échelle mondiale, le cluster GloUrb
BOKO Sonagnon Donald, GEORGE Clément, ESTIENNE Louis, MARLAND Jeanne, BELLETTI Barbara, PIEGAY Hervé, CHIU Victoria, POLOME Philippe, CERNESSON Flavie
France
Résumé : Les hydrosystèmes, et notamment les plaines alluviales, jouent un rôle clé en offrant des services écosystémiques essentiels tels que l’approvisionnement en eau, la régulation des crues et le maintien de la biodiversité. Cependant, ces fonctions et services sont de plus en plus fragilisés par une urbanisation croissante à l’échelle globale. Cette grappe de stage, qui s’inscrit dans le projet GloUrb, vise à analyser ces impacts à travers une approche pluridisciplinaire intégrant la qualité de l’eau, l’extraction de sédiments, les dynamiques socio-économiques et les cadres réglementaires. L’extraction de sédiments, indispensable pour la construction, provoque une dégradation écologique en altérant la morphologie des rivières et en accentuant la pollution. En combinant télédétection et analyse économique, le projet identifie ces pratiques et évalue leurs impacts à l’échelle mondiale. Par ailleurs, l’urbanisation exacerbe la pollution des eaux, appelant à une méthodologie robuste pour identifier les sources des contaminants ainsi que les facteurs facilitant leur transfert et leur influence sur les services écosystémiques. Les disparités régionales, liées au développement économique et aux réglementations environnementales, soulignent la nécessité d’une intégration entre le droit et l’économie environnementale pour une appréhension globale de ces impacts. Ce travail met en lumière l’urgence de solutions globales pour identifier, caractériser, quantifier et apprécier les impacts de l’urbanisation des plaines alluviales sur les hydrosystèmes.
Extrapolation spatio-temporelle des températures des cours d’eau en temps présent et futur à l’échelle nationale
MOUSSAY Marion, MOATAR Florentina, ST-HILAIRE André
France
Résumé : Le réchauffement de la température des cours d’eau est un fait indéniable du fait du changement climatique et des activités humaines . Cependant, en France, nous ne disposons pas encore de réseau national de suivi en continu de la température des cours d’eau, représentatif de l’ensemble des conditions et pérenne afin de pouvoir quantifier ce réchauffement sur l’ensemble du réseau hydrographique et pour un grand nombre de métriques compatibles avec les exigences des communautés biologiques . Suite aux différentes sécheresses et au manque d’information sur leurs conséquences sur les écosystèmes aquatiques, les autorités publiques s’intéressent de plus en plus aux suivis de température de l’eau afin de mieux gérer les ressources en eau. Dans ce travail nous allons montrer une méthodologie nouvelle permettant de reconstituer à partir des bases de données hétérogènes, des chroniques, des métriques et des régimes de températures sur le territoire français. Une attention particulière sera portée d’une part aux stations de suivis piscicoles , ce qui permettra une analyse de l’évolution des tendances sur les 40 dernières années des communautés en lien avec les conditions thermiques des rivières et l’utilisation d’indicateurs d’habitat directs dans les modèles de distribution d’espèces . D’autre part, la caractérisation des régimes (naturels et altérés) pourrait aboutir à la construction d’un indicateur de qualité thermique. Le portail thermie-rivières.inrae.fr de valorisation des données thermie porté par INRAE sera ainsi enrichi avec des nouveaux indicateurs et nouvelles fonctionnalités, suite à ce travail.
Classification non supervisée des conditions hydrologiques des rivières non pérennes
BRICHETTO Isabelle, CAVALLO Carmela, MANFREDA Giammarco, NEGRO Giovanni, PAPA Maria Nicolina, VEZZA Paolo
Italie
Résumé : Les pressions anthropiques, comme changements climatique, d’utilisation des sols et prélèvements d’eau, entraînent des modifications significatives des cycles hydrologiques, augmentant l’extension spatiale des rivières non pérennes (NPRs). Cependant, la connaissance de la fréquence et de la durée des intermittences fluviales est fortement limitée par le faible nombre de stations de mesure des débits et la fiabilité réduite des modèles hydrologiques pour prédire la présence d’eau de surface. Dans ce contexte, les images Sentinel-2 peuvent fournir des informations précieuses pour l’étude des processus hydrologiques dans les NPRs, offrant une résolution spatiale et temporelle adéquate. La combinaison des images satellites multispectrales et des réseaux neuronaux convolutionnels (CNNs) peut être exploitée pour distinguer automatiquement les trois conditions hydrologiques des NPRs : “en écoulement” (F), “stagnant” (P) et “asséché” (D). Dans cette étude, à partir des images Sentinel-2 en fausses couleurs (B11-B8-B4), différents modèles de CNNs (à 2, 3 et 4 classes) ont été entraînés pour classifier cinq tronçons de rivière, en considérant classes de prédiction distinctes. Dans certains cas, les CNNs ont été entraînés pour identifier aussi la classe “nuageux” (C). L’exactitude des CNNs variaient en 0.87-0.98 pour les modèles à 2 et 3 classes, et diminuait en 0.71-0.92 avec la distinction des P et D (modèle à 4 classes). Malgré la petite taille du jeu de données (1555 images), les résultats sont prometteurs et méritent améliorations pour être un puissant instrument de classification automatique des conditions hydrologiques en NPRs.
Mapd’O – A new tool for visualization and hydromorphological analysis of river corridor networks at the national scale
HELLING Leo, DUNESME Samuel, VAUDOR Lise, PIÉGAY Hervé, MANIÈRE Louis, MELUN Gabriel
France
Résumé : Le fonctionnement hydro-écologique des systèmes fluviaux est influencé par les conditions physiques au sein de leurs corridors (par exemple, la topographie, l’utilisation des sols, la géologie). Une description systématique du fonctionnement physique a jusqu’à présent été limitée en raison d’un manque de données sur des aspects tels que la dynamique latérale et la connectivité des plaines alluviales. Le projet Mapd’O répond à cette problématique en fournissant des ensembles de données et une interface web qui permettent aux opérateurs et aux scientifiques d’analyser ces conditions pour l’ensemble du réseau fluvial français. De nouveaux jeux des données tels qu’une carte nationale d’occupation des sols avec une résolution de 1 m et les premières cartes nationales de fond de vallée et de continuité latérale ont été créés à l’aide de la Fluvial Corridor Toolbox (FCT), une boîte à outils de système d’information géographique pour l’hydromorphologie à grande échelle. En utilisant l’application Mapd’O, ces données peuvent être visualisées, analysées et interprétées pour faciliter un diagnostic hydromorphologique des rivières à différentes échelles : l’ensemble du bassin versant, mais aussi leur sous-bassin versant et l’échelle de l’axe individuel de la rivière.
Intérêts et exigences d’une surveillance à long terme des macrophytes sur les grandes rivières françaises
LAUTERS François, RICHARD Nina, TREGUIER Mikaël, BLANCHARD Matthieu
France
Résumé : Depuis 12 ans, EDF-DTG collecte des données sur les macrophytes sur cinq grandes rivières françaises et au niveau de ses CNPE (Centre Nucléaire de Production d’Électricité). Un protocole est appliqué pour dresser les inventaires de macrophytes, données complétées par des mesures de paramètres physico-chimiques du milieu. Cette base de données constitue une véritable richesse pour étudier les impacts des pressions d’origines anthropiques ou climatiques sur la structure et l’évolution des communautés de macrophytes. Aujourd’hui, le développement de l’Intelligence Artificielle (IA) et la facilité d’accès à de nouvelles données d’imageries satellitaires, apportent des informations complémentaires et constituent un potentiel de développement pour suivre l’évolution spatiale et temporelle des macrophytes. Grâce à ces données et à de nouveaux outils, des études ont pu être menées montrant que la température de l’eau et les variations de débit des rivières sont les facteurs prépondérants influençant le développement des macrophytes. Concernant le changement climatique, des tendances d’évolutions se dessinent avec des conditions favorables à la croissance et à l’arrachage des végétaux ainsi qu’une évolution dans la saisonnalité et de la composition des communautés de macrophytes.
Ces études montrent l’intérêt de poursuivre la collecte de ces données à long terme pour confirmer les tendances mises en évidence sur l’évolution des communautés de macrophytes et améliorer la connaissance et la surveillance de l’environnement aux abords des CNPE, participant ainsi à la sûreté de leur exploitation.
Évaluation de la bathymétrie à fine échelle à partir de données LiDAR : un outil pratique pour la modélisation hydraulique à l’échelle régionale
CHONÉ Guénolé, MAZGAREANU Iulia, BIRON Pascale, BUFFIN-BÉLANGER Thomas, NEAL Jeffrey
Canada
Résumé : L’acquisition de données bathymétriques pour les cours d’eau est une opération coûteuse, nécessitant des campagnes de relevés terrain intensives. Il s’agit cependant d’un élément essentiel pour la modélisation hydraulique. Une méthode novatrice permettant d’estimer la bathymétrie à partir de la surface de l’eau détectée sur des données LiDAR conventionnelles a été développée pour faciliter la modélisation hydraulique des cours d’eau à l’échelle des bassins versants. Utilisée en combinaison avec une estimation de la largeur des cours d’eau et des débits au moment de l’acquisition des données LiDAR, la surface de l’eau sur les données LiDAR permet de déduire l’élévation du lit en supposant une section bathymétrique rectangulaire, grâce à une modélisation hydraulique inverse. En intégrant cette solution dans une suite d’outils informatiques, il devient ainsi possible de cartographier les zones inondables à faible coût sur un vaste territoire avec une précision sans précédent. Cette approche permet de plus de réviser à moindre coût les cartes de zones inondables dans les rivières dynamiques, en plus d’ouvrir la voie à une caractérisation de l’habitat des cours d’eau sur de vastes territoires sur la base de profondeurs et de vitesses.
Conséquences de la connectivité sur les réseaux trophiques aquatiques en France métropolitaine
REYNAUD Nathalie, SENTIS Arnaud, LECLERC Camille, PERRICHER Antoine
France
Résumé : La fragmentation des habitats naturels menace la biodiversité, notamment dans les écosystèmes aquatiques d’eau douce, où barrages et seuils bloquent les migrations de poissons nécessaires au frai et à l’alimentation. Théoriquement, la connectivité des habitats influence les communautés piscicoles et leurs interactions, mais les validations empiriques restent rares. Ce travail analyse des données de pêches standardisées sur plus de 630 stations en France métropolitaine pour explorer les liens entre connectivité et réseaux trophiques. En utilisant des graphes mathématiques intégrant la structure hydrographique et les barrages, plusieurs résultats émergent : la connectivité aval-amont, conforme au River Continuum Concept, explique la richesse et la longueur des chaînes trophiques, qui augmentent de l’amont vers l’aval, tandis que la connectance diminue. La centralité des tronçons, en tant que carrefours du réseau fluvial, renforce la structuration des réseaux trophiques. Les barrages infranchissables accentuent cette influence en réduisant la connectivité. Enfin, l’impact de la connectivité varie entre écosystèmes lotiques et lentiques. Ces résultats approfondissent les liens entre paysage et réseaux biotiques, essentiels pour une gestion durable des milieux aquatiques.
Session A4 : L’eau comme bien commun
Les rivières deviennent-elles plus intermittentes en France ?
JAOUEN Tristan, SAUQUET Eric, BENOIT Lionel, BEAUFORT Aurélien, TERRIER Benoit
France
Résumé : L’Office Français pour la Biodiversité (OFB) a créé l’Observatoire National des Etiages (ONDE) pour surveiller plus de 3 300 sites sur des rivières en tête de bassin, susceptibles de s’assécher. Depuis 2012, l’état d’écoulement (présence/absence d’écoulement) de ces sites est observé systématiquement chaque mois de mai à septembre.
Notre étude vise à projeter l’évolution des assèchements de ces sites sous changement climatique au XXIe siècle. Elle s’appuie sur le projet national Explore2 (https://entrepot.recherche.data.gouv.fr/dataverse/explore2), soutenu par le ministère français de l’Ecologie et l’OFB, qui actualise les connaissances sur les impacts du changement climatique sur l’hydrologie en France à partir de modélisations climatiques et hydrologiques multi-scénarios et multi-modèles appliquées uniformément sur le territoire pour le 21e siècle.
Notre étude propose d’exploiter l’intelligence artificielle pour projeter l’assèchement des sites ONDE à partir des données climatiques et hydrologiques simulées par Explore2 et des données ONDE entre 2012 et 2019. Des Random Forests ont été appris sur la période historique : elles détectent les assèchements avec une sensibilité de 70% (Q1-Q3 : 53%-82%) selon les régions et les écoulements avec une spécificité de 97% (Q1-Q3 : 93%-99%). A l’issue de la phase d’apprentissage, ces modèles sont utilisés avec les simulations d’Explore2 comme entrée. Les résultats suggèrent que dès 2040 plus de 20% des sites ONDE de la région Rhône-Méditerranée-Corse pourraient être en assec plus de la moitié du temps entre juillet et octobre contre 7% actuellement.
Évaluation potentielle des zones humides pour la réduction des risques d’inondation à l’aide d’un modèle numérique pluie-débit-inondation
HASHIMOTO Masakazu, OHTSUKI Kazuaki, ITSUKUSHIMA Rei, NISHIHIRO Jun
Japon
Résumé : L’objectif de cette recherche est d’évaluer quantitativement les effets de contrôle des inondations du Nbs, en particulier le potentiel de contrôle des inondations des rizières, et de proposer une méthode opérationnelle optimale pour le système de dérivation de l’eau de contrôle des inondations. La zone de recherche choisie est le bassin de la rivière Takasaki dans le système de la rivière Inba-numa dans la préfecture de Chiba, au Japon. Le modèle RRI a été appliqué à ce bassin en tant que simulation à l’échelle du bassin. La capacité de stockage de l’eau de chaque rizière a été déterminée à l’aide de données topographiques à intervalles de 5 m et d’un modèle d’écoulement instable en 2D. En ce qui concerne l’optimisation, un algorithme d’évolution complexe mélangé a été adopté pour examiner la méthode d’opération optimale pour les paramètres du modèle hydrologique à l’échelle du bassin versant et le stockage de l’eau dans le yatsu. En conséquence, une méthode d’exploitation optimale a été proposée pour exploiter efficacement plusieurs yatsu et réduire les niveaux d’eau des rivières. À l’avenir, nous prévoyons d’étudier non seulement l’optimisation des effets de contrôle des inondations des yatsu, mais aussi la méthode d’exploitation optimale qui tient compte de l’impact sur l’écosystème.
Adaptation au changement climatique : exemple de l’intégration des projections climatiques et hydrologiques d’Explore2 dans l’évaluation de la vulnérabilité des territoires au changement climatique.
GAILLOT Arthur, PELTE Thomas, PRESSUROT Anne, SAUQUET Eric
France
Résumé : Pour être efficaces, les mesures d’adaptation au changement climatique doivent tenir compte des spécificités locales tant actuelles qu’à venir. Cependant l’échelle de rendu des modélisations climatiques et hydrologiques ne correspond pas aux échelles employées par les gestionnaires. En 2023, l’Agence de l’eau Rhône Méditerranée Corse (AERMC) a actualisé son Plan de Bassin d’Adaptation au Changement Climatique. Ces travaux ont été l’occasion d’illustrer comment les données de projections climatiques peuvent être intégrer dans la conduite des politiques publiques d’adaptation au changement climatique à l’échelle locale. Un diagnostic de vulnérabilité au changement climatique a été réalisé sur l’ensemble des bassins versants du SDAGE de l’AERMC. Quatre enjeux ont été étudiés : l’assèchement des sols, la disponibilité de la ressource, la qualité de la ressource et la biodiversité des milieux aquatiques. Pour chaque enjeu, la vulnérabilité a été évaluée en croisant des données de projections climatiques et/ou hydrologiques (facteur d’exposition) issues de 11 modèles climatiques et de 2 modèles hydrologiques du projet EXPLORE2 à l’horizon 2050 et des données décrivant l’état actuel (facteur de sensibilité) des bassins versants pour fournir un score de vulnérabilité variant de 1 (peu vulnérable) à 5 (très vulnérable). Ce travail est une des exploitations possibles à des fins opérationnelles des premiers résultats d’EXPLORE2 disponibles en 2023 et montre comment des données de projections climatiques et hydrologiques peuvent être exploitées pour conduire des politiques publiques d’adaptation au changement climatique.
Session A5 : Dynamique de la biodiversité des rivières
Intégrer l’écologie des poissons dans l’évaluation des débits environnementaux en Asie centrale
HAYES Daniel S., HÄGELE Tobias, KOPECKI Ianina, ZEIRINGER Bernhard, KARIMOV Erkin, KARIMOV Bakhtiyor, COECK Johan, VERHELST Pieterjan, DE KEYSER Jan, OMONOV Otabek, SCHNEIDER Mathias
Autriche
Résumé : Le développement de l’hydroélectricité exerce une pression croissante sur les rivières de haute montagne encore préservées d’Asie centrale. Cette étude propose une approche l’écohydraulique pour évaluer les débits environnementaux (e-flows) d’un projet hydroélectrique de dérivation sur la rivière Koksu, en Ouzbékistan. Des modèles hydrodynamiques 2D à haute résolution ont été combinés aux besoins en habitats de la Schizothorax eurystomus. Des règles logiques floues ont été utilisées pour déterminer les débits nécessaires à trois stades de vie. Le régime d’e-flows recommandé, qui représente 10,6–17,7 % du débit annuel moyen, garantit une variabilité saisonnière et préserve les habitats critiques. Ces résultats, soutenus par les premiers résultats d’une étude de biotélémétrie, sont discutés dans le cadre de la gestion adaptative. Cette méthodologie offre un modèle reproductible pour les évaluations environnementales en Asie centrale et ailleurs.
La variabilité thermique altère l’acquisition des ressources mais pas les besoins énergétiques chez un poisson d’eau douce en danger, l’apron du Rhône (Zingel asper)
Auteurs : SOUQUES Chloé, FABRA Maé, GUILLARD Ludovic, MORALES-MONTARON Anne, AVERTY Laetitia, CLAIR Angéline, TEULIER Loïc, VOITURON Yann, DECHAUME-MONCHARMONT François-Xavier
France
Résumé : Bien que l’augmentation de la stochasticité thermique soit concomitante au changement climatique, ses implications écologiques, comportementales et physiologiques sur les organismes restent largement inexplorées. En particulier, la sensibilité du métabolisme bioénergétique à la température pourrait avoir des conséquences en cascade, de la fitness individuelle aux communautés écologiques en influençant l’acquisition de ressources. Dans ce contexte, nous avons étudié l’effet d’un profil thermique stochastique écologiquement pertinent sur un poisson d’eau douce en voie de disparition, l’apron du Rhône (Zingel asper). Les poissons (n = 92) ont été exposés à des températures constantes (13°C, 18°C ou 23°C) ou à un profil stochastique centré sur 18°C, oscillant aléatoirement entre 13°C et 23°C. Nous avons prédit une augmentation des coûts énergétiques résultant d’une altération du processus d’acclimatation, associée à une augmentation de la prédation pour répondre à cette demande énergétique accrue. Dans des conditions de température stable, la dépense énergétique augmentait avec la température, contrairement à la prédation. En condition stochastique, les coûts métaboliques étaient équivalents à ceux du groupe acclimaté à 18°C, mais la compétitivité alimentaire a fortement décliné. Ce mismatch thermique entre demande et apport énergétique souligne un levier par lequel ce stress thermique pourrait menacer la persistance des espèces à l’ère du changement global, et suggère des conséquences en cascade de la stochasticité sur les réseaux trophiques.
Réponse structurelle et fonctionnelle des communautés benthiques et piscicoles aux modifications long-terme des paramètres abiotiques du Rhône.
CARREL Georges, LIZEE Marie-Hélène, FRUGET Jean-François, OLIVIER Jean-Michel, BOULOS Johanna, ARCHAMBAUD Gaït, MALLET Jean-Paul, PERU Nicolas
France
Résumé : Une recherche de similarités ou de discordances des tendances temporelles de fonctionnement et d’évolution de séries long-terme en grand cours d’eau a été menée à partir de la confrontation de différentes variables hydroclimatiques et physico-chimiques mises en vis-à-vis de l’évolution temporelle et de la variabilité spatiale de deux descripteurs biologiques, les poissons et les macroinvertébrés benthiques du Rhône sur la période 2000-2019 sur un linéaire de près de 250 km de fleuve, dans des secteurs fluviaux contrastés tant du point de vue géographique qu’hydromorphologique.
Les analyses ont montré l’existence de co-structures spatiales et de co-dynamiques temporelles entre l’environnement abiotique du Rhône et la composition de ses peuplements, permettant de faire ressortir un ensemble d’évolutions concomitantes entre ces derniers et les variables environnementales caractérisant le fonctionnement actuel du fleuve. Elles ont progressivement mis en exergue des tendances marquées liées aux changements globaux. Cependant, la rapidité et l’ampleur des changements observés impliquent de déterminer plus précisément les relations de cause à effet dans le but d’identifier de potentiels leviers d’action. Ces différents constats mettent également en avant la complémentarité des modèles biologiques étudiés, une telle approche holistique permettant une compréhension efficiente de la structure et du fonctionnement des hydrosystèmes contemporains anthropisés.