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 Bilan eau-carbone des mosaïques forestières de sous bassins versants de la Leyre : étude de plusieurs zones modèles sur plusieurs décennies

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Academic year: 2021

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(1)

HAL Id: hal-02815318

https://hal.inrae.fr/hal-02815318

Submitted on 6 Jun 2020

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 Bilan eau-carbone des mosaïques forestières de sous bassins versants de la Leyre : étude de plusieurs zones

modèles sur plusieurs décennies

Marie Guillot

To cite this version:

Marie Guillot.  Bilan eau-carbone des mosaïques forestières de sous bassins versants de la Leyre : étude de plusieurs zones modèles sur plusieurs décennies. Journées Thèses des Bois, Pôle de compétitivité XYLOFUTUR. Campus Bordeaux Sciences Agro, Gradignan, FRA., Jan 2009, Bordeaux, France. 46 p. �hal-02815318�

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Etude de plusieurs zones modèles sur les dernières décennies

Marie GUILLOT 30/01/2009 Journées « Thèses des bois »

CAP Science, Bordeaux

Laboratoire EPHYSE (Ecologie fonctionnelle et PHYSique de l’Environnement)

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Contexte de l’étude

Zone d’étude :

Vallée de la Leyre : principal affluent du bassin d’Arcachon.

Seule vallée en France autour de laquelle a été construit un Parc Naturel Régional (PNR).

Parc

Naturel Régional

des Landes de Gascogne

(4)

Contexte de l’étude

Un Paysage caractéristique :

Mosaïque de forêts entrecoupées de grandes cultures et de zones urbaines.

Apparition de nombreux conflits d’usages, notamment au sujet de la ressource en eau : disponibilité forêt versus maïs

Qualité des eaux de surface : enjeu écologique et économique, en raison de la présence de zones

Natura 2000, de l’ostréiculture et du tourisme sur le bassin d’Arcachon et le littoral.

Programmes de recherche intensif sur le Bassin et la côte océane, mais la partie amont, c'est-à-dire la rivière Leyre, reste peu étudiée (Cottinet, 1974, Denis, 1962, Habets, 1998).

(5)

Contexte de l’étude

Une zone soumise à de nombreux changements:

Changement de l’occupation des sols :

conversion des forêts en cultures dans les années 80s

urbanisation autour du bassin d’Arcachon

Changement des pratiques :

Généralisation du drainage, modification de l’ITK, diversification des cultures

Intensification des pratiques sylvicoles et culturales

Changement climatique :

Dérive environnementale discrète et continue (T°C, [CO2], [O3], les dépôts azotés,…)

Occurrence d’événements climatiques extrêmes, ECE, et leurs arrières effets (tempête de 1999, pluviosité de 1992, sécheresses de 1989-90, 2002 et 2005, canicule de 2003).

(6)

Contexte de l’étude

Mise en place d’un SAGE depuis 2002 :

=> besoin de connaissances afin de comprendre le fonctionnement de la zone.

(7)

Contexte de l’étude

Que se passe-t-il après une coupe rase ?

Coupe rase

(8)

Contexte de l’étude

Reboisement

Drains

Que se passe-t-il après un reboisement ?

(9)

Champs de maïs

Pivot Drains

Contexte de l’étude

Que se passe-t-il après un défrichement ?

(10)

Contexte de l’étude

Que se passe-t-il après une tempête ?

25/01/2009

(11)

Objectifs scientifiques

Questions scientifiques :

Avec quelle incertitude sommes-nous capables de représenter la dynamique du fonctionnement d’écosystèmes forestiers et cultivés en mélange à l’échelle d’un petit bassin versant et leurs interactions spatiales ?

Quels ont été les effets immédiats et différés des changements des facteurs du biotope, climat, atmosphère, eau du sol, … et des interventions anthropiques sur le fonctionnement ?

Comment la productivité et le fonctionnement d’un écosystème est il affecté par celui des parcelles voisines ?

(12)

Objectifs scientifiques

Questions appliquées :

Comment le bilan de carbone des forêts de ces unités de paysage a t il été modifié durant la période clé 1990- 2008 ? Quel est l’effet des pratiques de défrichement et coupe rase sur les bilans de carbone ?

Peut-on anticiper l’impact des dérives climatiques et environnementales sur le milieu ? La forêt peut-elle devenir à terme une source de carbone ?

Quels est l’impact des pratiques actuelles sur le bilan hydrique ? Quel avenir pour les cultures irriguées, notamment à vocation énergétique ?

Comment optimiser l’organisation spatiale des couvertures végétales au sein d’un paysage mixte?

(13)

Etape 1 : définition de la zone d’étude

Définition des zones d’étude, prospection et extraction des données disponibles :

• Choix des BV (BV uniquement forestier, BV mixte) :

Tagon : étude INRA/CEMAGREF en 2000, suivi des débits et des hauteur de nappe, carte d’occupation du sol (échantillonnage terrain et photo-interprétation) mais morcellement urbain fort.

 Bouron : suivi des débits et des hauteurs de nappe (longue série temporelle), bassin très stable uniquement forestier

• Collecte de séries de données spatiales :

 Données météo SAFRAN

 MNT

 production …

(14)

0 10 20 30 40 50 60

0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 1000.0 1200.0

pluviométrie (mm)

Débits Journaliers

Relation pluie(Cestas)-débit(Bouron)-niveau nappe (Belin-Béliet) du 19/04/2001 au 10/10/2006

DEBIT J RR

-8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0

Hauteur_08744X0005

Analyse des chroniques de profondeur

de nappe

(15)

0 10 20 30 40 50 60

0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 1000.0 1200.0

pluviométrie (mm)

Débits Journaliers

Relation pluie(Cestas)-débit(Bouron)-niveau nappe (Belin-Béliet) du 19/04/2001 au 10/10/2006

DEBIT J RR

-8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0

Hauteur_08744X0005

Analyse des chroniques de profondeur

de nappe

(16)

0 10 20 30 40 50 60

0.0 200.0 400.0 600.0 800.0 1000.0 1200.0

pluviométrie (mm)

Débits Journaliers

Relation pluie(Cestas)-débit(Bouron)-niveau nappe (Belin-Béliet) du 19/04/2001 au 10/10/2006

DEBIT J RR

-8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0

Hauteur_08744X0005

Analyse des chroniques de profondeur

de nappe

(17)

Analyse des chroniques de profondeur de nappe

-8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0

29/12/04 17/07/05 02/02/06 21/08/06 09/03/07 25/09/07 12/04/08

Profondeur de la nappe pour différents points de suivi en Gironde et dans les Landes entre 2005 et 2008

(18)

Analyse des chroniques de profondeur de nappe

-8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0

29/12/04 17/07/05 02/02/06 21/08/06 09/03/07 25/09/07 12/04/08

Profondeur de la nappe pour différents points de suivi en Gironde et dans les Landes entre 2005 et 2008

Installation d’un élevage (irrigation des prairies)

(19)

Analyse des chroniques de profondeur de nappe

-8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0

29/12/04 17/07/05 02/02/06 21/08/06 09/03/07 25/09/07 12/04/08

Profondeur de la nappe pour différents points de suivi en Gironde et dans les Landes entre 2005 et 2008

Rabattement de nappe (parcelles agricoles)

(20)

-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0

11/06/1968 02/12/1973 25/05/1979 14/11/1984 07/05/1990 28/10/1995 19/04/2001 10/10/2006

Suivi de la profondeur (m) de la nappe à Saucats, à proximité de parcelles agricole, depuis 1968

Analyse des chroniques de profondeur

de nappe

(21)

-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0

11/06/1968 02/12/1973 25/05/1979 14/11/1984 07/05/1990 28/10/1995 19/04/2001 10/10/2006

Suivi de la profondeur (m) de la nappe à Saucats, à proximité de parcelles agricole, depuis 1968

Analyse des chroniques de profondeur de nappe

Effet du drainage

(22)

-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0

11/06/1968 02/12/1973 25/05/1979 14/11/1984 07/05/1990 28/10/1995 19/04/2001 10/10/2006

Suivi de la profondeur (m) de la nappe à Saucats, à proximité de parcelles agricole, depuis 1968

Analyse des chroniques de profondeur de nappe

Effet du drainage

Effet du pompage

(23)

Etude de 20 parcelles forestières en situation de nappe contrastée (suivis pièzomètriques), du Médoc au Nord des Landes

Inventaire forestier, étude du sous-bois, prélèvement de 120 carottes.

Travaux en collaboration avec Laura Fernandez, Sylvia Dayau et Didier Bert

(24)

Résultats de l’inventaire forestier (d’après les relations allométriques de Shaiek et al, in prep.) :

R² = 0.2695

R² = 0.2046 R² = 0.6695

0.00 200.00 400.00 600.00 800.00 1000.00

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00

Biomasse aérienne totale par arbre (kg)

Profondeur de la nappe (m)

Biomasse aérienne totale par arbre (kg) pour différentes hauteurs de nappe

Age

Moyen

Jeune

Code classes

Age + de 31 ans

Moyen 11 à 30 ans Jeune 0 à 10 ans

(25)

Effet de la hauteur de nappe : données au printemps, Saucats.

(26)

Existence d’une hauteur de nappe optimale pour la croissance pour chaque saison.

(27)

Existence d’une hauteur de nappe optimale pour la croissance pour chaque saison.

A croiser avec les données climatiques

(28)

Images SPOT, multi-dates, 10*10 m + Campagne de terrain : 99 parcelles.

=> classification des différents types de couverts + classes d’âges des parcelles de pin maritime

Travaux en collaboration avec Kati Spannraft et Dominique Guyon

Belin- Beliet

Joué

N

Limites du bassin versant du Bouron

(29)

Segmentation puis Classification avec le logiciel SPRING :

1) Segmentation

N

(30)

Segmentation puis Classification avec le logiciel SPRING :

Légende

pinède 6 à 10 ans pinède 10_20 ans pinède 20_40 ans pinède 40 ans et plus

coupes rases effectuées en hiver 07/08 coupes rases effectuées avant hiver 07/08 feuillus

agriculture 1 agriculture 2 pré ville

N 2) Classification

(31)

Légende crl2e10_bouron GRIDCODE

1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998

Cartes des coupes rases de l’IFN depuis 1985 :

On obtient la carte des âges des parcelles de pin sur la zone

d’étude pour chaque année depuis 1984.

N

(32)

Etape 2 : modelisation

Modélisation du fonctionnement et des flux sur des sous-unités hydrographiques :

• Estimation du bilan hydrique, de la quantité de carbone contenu dans les différents compartiments du système, de la production et du bilan d’énergie

- Forêts de pins : GRAECO (Porté, 1999)

- Modèle de nappe : MODFLOW (Chiang, 2005)

- Modèle générique pour les cultures : STICS (Brisson et al., 1998)

(33)

Bilan eau, carbone et production primaire Occupation

des surfaces (TLD + IFN)

Données climatiques

(Météo-F)

Données hydrologiques (nappe, débit)

calibration Modflow

hydrologie Modèles

SVAT

validation

Données in

situ (cernes, dbh, etc.) Quantification effets :

- changement occupation sol - climatiques - pratiques …

Données historiques (sur plusieurs décennies)

(34)

Modélisation avec MODFLOW de la hauteur de la nappe sur le bassin versant (charge hydraulique) à partir des écoulements de surface, de la recharge et de l’évapotranspiration.

(35)

Modélisation avec MODFLOW de la hauteur de la nappe sur le bassin versant (charge hydraulique) à partir des écoulements de surface, de la recharge et de l’évapotranspiration.

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Modélisation avec MODFLOW de la hauteur de la nappe sur le bassin versant (charge hydraulique) à partir des écoulements de surface, de la recharge et de l’évapotranspiration.

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Modélisation avec MODFLOW de la hauteur de la nappe sur le bassin versant (charge hydraulique) à partir des écoulements de surface, de la recharge et de l’évapotranspiration.

(38)

Modélisation avec MODFLOW de la hauteur de la nappe sur le bassin versant (charge hydraulique) à partir des écoulements de surface, de la recharge et de l’évapotranspiration.

Toujours en phase d’amélioration grâce à une campagne de mesure sur le terrain

(39)

Etapes suivantes et suite de l’étude

Faire le bilan des dégâts sur les bassins versants :

AVANT

(40)

Etapes suivantes et suite de l’étude

Faire le bilan des dégâts sur les bassins versants :

AVANT

APRES

(41)

Etapes suivantes et suite de l’étude

Faire le bilan des dégâts sur les bassins versants :

AVANT

APRES

AVANT

(42)

Etapes suivantes et suite de l’étude

Faire le bilan des dégâts sur les bassins versants :

AVANT

APRES

APRES AVANT

(43)

Etapes suivantes et suite de l’étude

Faire le bilan des dégâts sur les bassins versants :

(44)

Etapes suivantes et suite de l’étude

Faire le bilan des dégâts sur les bassins versants :

(45)

Etapes suivantes et suite de l’étude

Objectifs finalisés et applications :

Modélisation des effets « lisière » (effet d’advection) abordée statistiquement sur la zone d’étude : importance { l’échelle du paysage ?

Spatialisation sur l’ensemble de la Leyre

Projection des modèles dans le futur, selon différents scénarios prévus par l’IPCC, pour différents types de sylviculture, en ajoutant des surfaces cultivées, etc.

Couplage des différents modules (modélisation).

Obtention des bilans à l’échelle des bassins versants, pour les différentes cartes d’occupation du sol (depuis 1984) sur le Bouron

Application sur le Tagon.

Evaluation des simulations : Obtention des simulations :

Comparaison à des bilans à l’échelle des bassins versants : données hydrologiques, piézomètres et débits, inventaires forestiers et agricoles, dendrologie, etc.

Approche de type Bayesienne (Van Oijen M., 2007)

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Bibliographie sommaire

Brisson, N. and Mary, B. and Ripoche, D. and Jeuffroy, M. H. and Ruget, F. and Nicoullaud, B. and Gate, P. and Devienne- Barret, F. and Antonioletti, R. and Durr, C. and Richard, G. and Beaudoin, N. and Recous, S. and Tayot, X. and Plenet, D. and Cellier, P. and Machet, J. M. and Meynard, J. M. and Delecolle, R., 1998. STICS: a generic model for the simulation of crops and their water and nitrogen balances. I. Theory and parameterization applied to wheat and corn. Agronomie, 18: 311-346.

Ogee, J. and Brunet, Y. and Loustau, D. and Berbigier, P. and Delzon, S., 2003. MuSICA, a CO2, water and energy multilayer, multileaf pine forest model: evaluation from hourly to yearly time scales and sensitivity analysis. Global Change Biology, 9: 697- 717.

Habets, F., 1998. Modélisation du cycle continental de l'eau à l'échelle régionale. Application aux bassins versants de l'Adour et du Rhône. Université Paul Sabatier (Toulouse III). 224 p.

Chiang, W-H., 2005. 3D-groundwater modeling with PMWIN a simulation system for modeling. Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York, 397 p.

Cottinet, D., 1974. Contribution { l'étude des fluctuations de la nappe du massif forestier landais. Thèse de l’Université de Bordeaux I.

Denis, 1962. Etude Hydrogéologique : La nappe phréatique du Bassin de l'Eyre (la basse vallée), Thèse de l’Université de Bordeaux I.

Porté, A., 1999. Modélisation des effests du bilan hydrique sur la production primaire et la croissance d'un couvert de Pin maritime (Pinus pinaster Aït) en Lande Humide. Thèse de l’Université de Paris-Sud, U.F..R. Scientifique d'Orsay, 197 p.

Van Oijen M., 2007. Bayesian methods for calibrating and comparing process-based models. Communication orale lors du colloque de Biarritz, 28 novembre 2007.

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Références

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