Gestion de la ressource en eau

Menés dans le contexte de recherche appliquée du Cemagref, les travaux que j’ai pu développer concernant aussi bien la compréhension des processus, la modélisation des comportements ou l’assimilation de données ont toujours eu comme objectif final de répondre à l’un des multiples aspects de la gestion de la ressource en eau.

Ce domaine peut être divisé en trois champs d’application majeurs (fig n°2.4):

- Evaluation quantitative des eaux de surface et des aquifères.

- Evaluation qualitative des eaux de surface et des aquifères - Evaluation des risques naturels liés aux ressources en eau

Ces trois champs d’applications sont étudiés dans le cadre d’un thème de recherche du département Gestion des Milieux Aquatiques, baptisé TRANSFEAU, par le biais des trois axes: régimes, comportements et transferts hydriques ou de solutés abordant chacun plus spécifiquement l’évaluation de la quantité, de la qualité ou du risque lié à la ressource en eau.

La présentation qui est faite dans ce mémoire développe essentiellement les transferts hydriques, les transferts de solutés n’ayant pas été traités au cours de mes travaux.

(d’après S. L. Dingman, 1994) Fig n°2.4: Domaines d’application de la gestion de la ressource en eau

- L’évaluation quantitative des eaux de surface et des aquifères fait l’objet principalement de deux types d’applications qui se trouvent souvent confrontées dans l’étude du bilan ressources /besoins. Dans la première catégorie, on trouve les différents usages de l’eau liés à la demande sociale. Dans cette catégorie, l’alimentation en eau potable se différencie fortement de l’usage industriel et de l’irrigation par ses interactions fortes avec l’évaluation de sa qualité. Dans la deuxième catégorie, on trouve toutes les études sur la caractérisation de la ressource avec évaluation des apports, des régimes et de la disponibilité en eau à partir de modèles hydrologiques de synthèse ou de modèles de bilans.

- L’évaluation qualitative des eaux de surface et des aquifères recouvre l’étude des éléments (solides ou gazeux) dissous, des matières en suspension, des ions, des microorganismes, et de la température du système aquatique considéré. L’action anthropique jouant un rôle majeur sur la qualité, deux types de pollution sont alors considérés, les pollutions d’origine ponctuelles accidentelles ou non provenant des rejets de sites industriels ou zones urbanisées et les pollutions d’origine diffuse provenant majoritairement des zones agricoles mais aussi du ruissellement en zone urbanisée.

- Les risques liés à la ressource en eau, soit naturels soit associés à des actions anthropiques, concernent l’eau sous toutes ses formes pouvant être source de danger pour les personnes et les biens. La magnitude et la fréquence de la plupart de ces aléas sont déterminés par les conditions météorologiques, géologiques ou topographiques sans oublier les effets anthropiques.

Au sein du thème de recherche TRANSFEAU, les principaux travaux qui ont été développés ont porté essentiellement sur les inondations liées aux crues dont les effets restent toujours

Contrôle du de pollution niveau

GESTION DE LA RESSOURCE EN EAU

Risques Qualité

Protection face aux activités industrielles Alimentation en eau

Irrigation

Quantité

Flux hydriques et stabilisation des sols

Activités fluviales et récréatives

Protection des populations et urbanisation

Maintien des écosystèmes

Hydroélectricité

parmi les plus destructeurs en France. Deux approches complémentaires sont suivies pour aborder cette problématique :

- Dans la première, la prédétermination du risque (évaluation en magnitude et fréquence) est une première étape avant de mettre en place des aménagements et des équipements bien conçus destinés à la réduction des risques encourus par les personnes et les biens.

- Dans la prévention du risque, la démarche s’appuie sur des études de vulnérabilité déterminées à partir des dommages causés par les inondations mais surtout sur des outils de prévision et d’alerte à la population. Dans ces deux approches, la modélisation joue un rôle clé dans la démarche scientifique ainsi que dans l’élaboration d’outils d’aide à la décision.

Mes travaux ont abordé le domaine de la gestion de la ressource sous l’angle de la prévention du risque à travers les outils de prévision des débits. Des exemples sont présentés dans le cadre de la gestion de barrages réservoirs, dans le cadre de mise en place d’outils d’aide à la décision destinée à la prévision de crues ou dans l’amélioration des outils de prévision hydrologique : [P2], [P3], [P6], [P13], [P14], [P16], [P29], [P33], [P36], [P44], [P46], [P47], [P50], [P52]…

La présentation brève du contexte a permis de délimiter dans les différents domaines les sujets abordés au cours de mes recherches. La plupart de ces sujets sont résumés ci-dessous :

♦ Dans le domaine de la compréhension des processus :

- Caractérisation des paramètres de surface et plus spécifiquement de l’état hydrique du sol comme variable clé du cycle hydrologique.

- Evaluation et étude des variations d’une telle variable grâce à l’observation satellitale.

- Etude du comportement hydrologique d’un bassin versant rural à deux échelles d’observation: l'échelle ponctuelle et l'échelle du bassin.

♦ Dans le domaine de la modélisation des comportements : - Etude des transformations pluie-débit au sein du bassin versant.

- Prise en compte de l’état hydrique des sols dans la modélisation des transformations pluie-débit.

- Modélisation des flux à l’interface sol-végétation-atmosphère.

- Couplage d’un modèle de surface à un modèle conceptuel pluie-débit.

- Comparaison des approches globales et distribuées pour la modélisation des débits.

♦ Dans le domaine de l’assimilation de données :

- Mise en œuvre de procédures d’assimilation dans des modèles hydrologiques.

- Intégration de l’état hydrique pour la mise à jour des états internes du système modélisé.

- Comparaison des méthodes d’assimilation avec et sans prise en compte de l’état hydrique.

♦ Dans le domaine de la gestion de la ressource :

- Amélioration des prévisions de crue dans un système d’aide à la décision.

- Amélioration des outils de prévision utilisés.

- Gestion des barrages réservoirs.

Les liens qui ont pu être établis entre ces différents domaines ainsi que la démarche scientifique suivie au cours de mes travaux de recherche sont présentés dans le prochain chapitre.