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Zoom journée mondiale sécheresse et désertification
17/06/2026
Le 17 juin, la Journée mondiale de la lutte contre la désertification et la sécheresse nous rappelle l'urgence d'agir face à des phénomènes qui s'intensifient sous l'effet du changement climatique. Raréfaction de la ressource en eau, dégradation des sols, perte de biodiversité : les conséquences touchent désormais tous les territoires, y compris en Europe. Cette journée est l'occasion de mettre en lumière les connaissances, les initiatives et les solutions qui contribuent à renforcer la résilience des écosystèmes et des sociétés face aux épisodes de sécheresse de plus en plus fréquents.
Les milieux aquatiques et humides, et la biodiversité associée, connaissent un déclin marqué à l’échelle mondiale sous l’effet des changements globaux, avec des conséquences majeures pour les sociétés humaines. En montagne, ces écosystèmes sont particulièrement vulnérables : la longue durée d’enneigement, les températures extrêmes, l’intensité du rayonnement UV et la courte période de végétation limitent la résilience des communautés face aux pressions anthropiques. Le changement climatique accroît la fréquence des événements extrêmes, tandis que les activités humaines détruisent, fragmentent et dégradent les habitats naturels. Dans ce contexte, les domaines skiables ont développé des retenues d’altitude, principalement pour sécuriser l’enneigement artificiel. Bien que leurs impacts environnementaux aient été documentés, leurs caractéristiques en tant qu’habitats potentiels pour la biodiversité alpine, ainsi que les moyens d’en améliorer la qualité écologique, demeuraient peu étudiés. La présente thèse contribue à combler ces lacunes au moyen d’une approche transdisciplinaire, croisant les concepts de l’écologie avec les outils de l’ingénierie écologique et les connaissances issues du génie civil et de l’ingénierie des barrages, en étroite collaboration avec les gestionnaires et les exploitants. Les résultats montrent que les retenues d’altitude sont désormais des éléments du paysage aquatique alpin. Elles partagent certaines caractéristiques avec les milieux naturels, mais présentent aussi des conditions défavorables résultant de leur gestion et de leur artificialité, et notamment l’absence de végétation aquatique (hydrophytes) et semi-aquatique (hélophytes) sur les berges. Pour y remédier, une première expérimentation de végétalisation de retenue d’altitude a été conduite à 2212 m sur la retenue de l’Adret des Tuffes (Domaine de montagne des Arcs / Peisey-Vallandry). Des espèces d’hélophytes et d’hydrophytes locales ont été implantées dans des fascines végétalisées, positionnées sur les berges de la retenue. Leur reprise et leur développement se sont accompagnés de la colonisation d’autres espèces végétales, ouvrant la voie à une végétalisation à plus grande échelle. En parallèle, la compatibilité entre les systèmes racinaires des espèces recommandées et les géomembranes d’étanchéité des retenues a été examinée. Une expérimentation en rhizotrons a ainsi permis de suivre en continu la croissance des racines de trois espèces d’hélophytes, de caractériser leur morphologie, et de tester la résistance mécanique et chimique des géomembranes exposées pendant plusieurs mois au contact des racines. Les résultats ont montré que, dans ces conditions expérimentales, aucune altération du matériau n’était observée et que les espèces étudiées présentaient un enracinement compatible avec la sécurité des ouvrages. L’ensemble de ces travaux a conduit à formuler des recommandations opérationnelles pour améliorer l’intégration environnementale des retenues d’altitude, qu’il s’agisse de réhabiliter les infrastructures existantes ou de concevoir les futures retenues. Certaines de ces recommandations sont déjà mises en œuvre dans de nouveaux projets. Enfin, en replaçant les retenues d’altitude dans un cadre plus large, cette thèse propose également des pistes pour renforcer l’intégration environnementale d’autres types d’ouvrages hydrauliques.
Mots clés
Restauration écologiqueHabitat analogueEcosystème nouveauEcologie de la réconciliationGénie végétalGénie biologique
Fédération des Conservatoires d'espaces naturels,Pôle-relais tourbières
Date de publication
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Résumé
Quelle place les zones humides occupaient-elles par le passé ? Quels usages en faisait-on ? Comment le sait-on aujourd’hui ? Les zones humides sont-elles sources d’inspiration dans le domaine de l’art ? Autant de questions auxquelles les références contenues dans ce bulletin bibliographiques peuvent tenter d’apporter des éléments de réponse.
Mots clés
zones humidespréhistoirepaléoenvironnementarchéologieSculpturesociologieethnologieArtHistoirePaysagePeinturePhotographie
Cette compilation bibliographique constitue un premier état des lieux des connaissances disponibles sur les dynamiques entre paysages et énergies renouvelables, dans le cadre des missions de l’Observatoire des énergies renouvelables et de la biodiversité. Elle met en évidence la diversité des ressources existantes et les enjeux transversaux qui structurent la conciliation entre transition énergétique et préservation de la qualité paysagère.
Les documents sélectionnés dans la bibliographie proposent:
- Un corpus varié et multi-échelle : guides techniques, notes méthodologiques, retours d’expériences, chartes territoriales et études scientifiques couvrant les filières éolienne, photovoltaïque et méthanisation, dans des contextes territoriaux très divers.
- Des enjeux communs identifiés : impacts visuels et risques de saturation, appropriation sociale des projets, planification territoriale...
- Des leviers d’action pour une meilleure intégration des EnR : intégration paysagère raisonnée,
gouvernance partagée et implication des acteurs locaux, développement d’outils méthodologiques...
L’agriculture est à la fois l’un des secteurs les plus vulnérables aux dégradations environnementales (changement climatique, perte de biodiversité, etc.) et l’un de ceux qui y contribuent le plus. Dans ce contexte, certaines formes d’agriculture sont soutenues et subventionnées pour leur caractère vertueux en matière d’environnement. C’est le cas du pastoralisme, une forme d’élevage extensif qui utilise les ressources fourragères spontanées des espaces naturels pour l’alimentation des troupeaux. Malgré le soutien institutionnel dont il bénéficie, le pastoralisme est au cœur de débats sur l’avenir de l’agriculture de montagne. Les enjeux liés au changement climatique, dans lesquels la réduction de l’élevage et la reforestation sont mises en avant comme leviers d’atténuation, peuvent entrer en contradiction avec les représentations du pastoralisme comme pratique vertueuse. Par ailleurs, les enjeux de relocalisation de l’alimentation questionnent la spécialisation de ces territoires dans l’élevage, ainsi que la place aujourd’hui marginale de productions alternatives comme le maraîchage. Peu d’études se sont intéressées à la manière dont ces différents enjeux environnementaux de l'agriculture s'articulent dans les représentations de celles et ceux qui vivent et travaillent dans ces territoires de montagne. À partir d’un site d’étude situé dans les Pyrénées Ariégeoises, cette thèse explore ces tensions en analysant les discours des acteurs locaux sur les évolutions souhaitées de l’agriculture de montagne, au prisme de la justice environnementale. L’étude met en évidence plusieurs discours promouvant une diversité de pratiques pastorales et de modèles agricoles, qui s’expriment notamment à travers différents attachements aux paysages façonnés par l’agriculture. Ces discours s’accompagnent de différentes revendications de justice, notamment autour de la reconnaissance de la légitimité des divers modèles et pratiques agricoles, qui bénéficient de soutiens institutionnels hétérogènes. Les tensions entre ces visions contrastées de l’évolution souhaitée de l’agriculture de montagne se cristallisent particulièrement autour de l’accès au foncier, qui conditionne directement les possibilités d’installation, de maintien et de transformation des modèles agricoles. La thèse analyse également les injustices foncières mises en avant dans les discours, ainsi qu’une initiative locale de gouvernance concertée d’une partie du foncier d'une commune. À travers cette analyse, la thèse souligne l’importance de reconnaître la diversité des conceptions d’une "juste" évolution de l’agriculture et des paysages de montagne, ainsi que les inégalités structurelles qui les traversent, pour penser les trajectoires agricoles et paysagères des milieux ruraux face aux enjeux environnementaux.
RAYSSEGUIER, Agnès,Centre de Ressources Loire nature, FCEN
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Résumé
« Les vallées de la Loire et de ses affluents offrent un patrimoine naturel remarquable, façonné par la dynamique fluviale mais également par l’action du pastoralisme au cours des siècles. Face à la diminution de l’activité morphogène du fleuve ainsi qu’aux modifications des pratiques agricoles, le maintien du pâturage extensif dans les vallées alluviales apparaît comme l’une des clés de la préservation de la richesse des milieux ligériens. En effet, ce type d’exploitation représente un outil de restauration et de préservation des milieux humides répondant à de multiples enjeux : atténuation du risque négatif des inondations sur les secteurs anthropisés, biodiversité, patrimonial, socio-économiques, économique. Le pâturage extensif au service des espaces naturels ligériens et notamment des vallées alluviales, contribue au renforcement d’une identité ligérienne mêlant questions environnementales, économiques et sociales et requiert un savoir-faire technique pointu. Le Centre de Ressources du patrimoine ligérien vous propose une sélection de documents issus de son fonds documentaire dans le but de vous donner des informations afférentes à la gestion pastorale des milieux naturels. »
L’élevage pastoral traditionnel des oasis de montagne du Haut Atlas central est confronté à de fortes contraintes menaçant sa durabilité. Le présent article se propose d’identifier ces contraintes, d’explorer les stratégies d’adaptation des pasteurs pour y remédier et de formuler des recommandations pratiques pour renforcer sa durabilité dans ce contexte spécifique et dans des situations similaires. Pour ce faire, 128 entretiens semi-structurés individuels ont été conduits selon l’approche inductive avec des transhumants de différents profils et des jeunes (femmes et hommes) appartenant aux familles des tribus Aït Atta, Aït Merghad et Aït Hdidou. Les résultats révèlent plusieurs contraintes structurelles majeures comme les problèmes de relève, l’exode des jeunes, la récurrence des sécheresses, la faiblesse des revenus alternatifs pour soutenir l’élevage pastoral, le blocage des axes de transhumance et la réduction de l’espace pastoral suite à l’extension des cultures, ce qui induit la fragilité des cinq capitaux du cadre Sustainable Rural Livelihoods (SRL). L’étude met en relief les stratégies des pasteurs face à ces contraintes (recours à la main-d’œuvre salariée et transhumance en camions) et montre leur faiblesse face au peu d’attractivité de l’élevage pastoral pour la main-d’œuvre et à l’augmentation des coûts pour l’élevage. Cette situation entraîne une tendance marquée à la sédentarisation et au pessimisme chez les différentes générations quant à l’avenir de cette activité. En conséquence, les innovations devraient se concentrer sur l’amélioration des conditions de la transhumance, la réglementation de la mise en valeur agricole des terres de parcours et le développement de stratégies proactives de gestion des sécheresses ainsi que sur des ajustements législatifs, la reconnaissance institutionnelle des services éco-systémiques du pastoralisme et la patrimonialisation de la transhumance.
"Les enjeux de conservation de la biodiversité ainsi que les besoins d’amélioration des connaissances sur les interactions entre grands herbivores et écosystèmes nécessitent la mise en place de dispositifs de suivis standardisés. Dans le contexte du programme de conservation de la Vache Marine landaise et de la gestion des prairies humides à Molinie du plateau landais (région Nouvelle-Aquitaine, France), un dispositif expérimental a été mis en place en 2019 pour le suivi des effets de la Vache Marine landaise dans le cadre de la conservation et la restauration des espaces naturels humides. La conception du dispositif, baptisée « Communauté-Population-Sol » (CPS) est novatrice et intègre trois composantes-clés de l’écosystème : la communauté végétale, la population végétale dominante et le sol, via des relevés exhaustifs de végétation vasculaire, des caractérisations de traits biologiques de la population végétale dominante (Molinia caerulea (L.) Moench) et des paramètres physico-chimiques du sol. Les mesures initiales effectuées dans le dispositif CPS montre une parfaite homogénéité quant aux propriétés initiales des placettes, avant l’effet différentiel de l’exclusion de pâturage. Aucune différence significative de structure de communauté végétale (biodiversité), de caractéristiques de la Molinie (nécromasse, traits foliaires) et de paramètres édaphiques (pH, carbone, nutriments) n’a été mise en évidence entre les modalités d’exclos et de pâturage à l’installation, ce qui garantit une absence de biais initial au niveau des placettes de suivi. Les dispositifs de type CPS ont pour vocation d’être généralisés et adaptés pour permettre une évaluation intégrée des mesures de gestion par le pastoralisme dans les espaces naturels, bien plus fine que les simples suivis de végétation."
Mots clés
Nouvelle-AquitaineherbivoresPrairies à moliniesconservation des espèceszones humidesPastoralismeSuivi de gestion
En Europe, et plus particulièrement dans le bassin Méditerranéen, la fréquence des épisodes de sécheresse et de canicule augmente sous l'effet du changement climatique et menace la productivité des systèmes agricoles. L'agroforesterie, et plus particulièrement une de ses déclinaisons combinant des alignements d'arbres et des cultures intercalaires, s'avère particulièrement productive et intéresse de plus en plus les agriculteurs. Mais de tels systèmes sont-ils efficaces pour limiter l'impact d'aléas climatiques de plus en plus intenses? Les connaissances scientifiques disponibles sur le sujet sont très limitées. Nous avons étudié les effets de la sécheresse sur des cultures annuelles en contexte agroforestier à l'aide de dispositifs d'exclusion de pluie.Dans le premier chapitre, nous discutons les enjeux scientifiques et les défis méthodologiques liés à l'étude des effets de la sécheresse avec des dispositifs de manipulation du régime des pluies en contexte agroforestier. Cette discussion combine une revue bibliographique et un retour d'expérience sur deux dispositifs différents d'exclusion de pluie que nous avons mis en place sur une des parcelles agroforestières du domaine de Restinclières (Hérault, France). Dans les chapitres suivants, nous analysons les résultats obtenus sur une culture de pois d'hiver au cours de la saison 2018-2019. Dans le second chapitre, nous testons l'hypothèse d'une protection de la culture annuelle contre la sécheresse de printemps par les arbres agroforestiers, en comparant des cultures en plein soleil et sous les arbres, avec et sans exclusion de pluie. A travers l'analyse de 1) la dynamique de l'eau dans le sol et 2) les composantes de rendements du pois, nous montrons que 1) la compétition entre l'arbre et la culture est faible pour la ressource en eau et 2) qu'il existe des mécanismes de compensation au niveau de la plante qui limitent les pertes de rendement en grains en contexte agroforestier lors d'une sécheresse. Dans le troisième chapitre, nous cherchons à comprendre pourquoi la production globale de biomasse est maintenue en conditions ombragées. L'analyse des processus lumineux à l'échelle du couvert montre que trois processus sont impliqués, à savoir la sénescence, la dynamique foliaire et l'efficience d'utilisation lumineuse. La modification du microclimat sous les arbres réduit aussi sensiblement la demande évaporative et les températures de culture, ce qui contribue à réduire le stress hydrique.Ce travail de thèse met en évidence une méconnaissance relative des interactions sécheresse-ombrage pour les cultures annuelles en agroforesterie. Cela ouvre des perspectives de recherches interdisciplinaires, entre agronomie, écologie, écophysiologie et modélisation pour une meilleure compréhension du fonctionnement des systèmes agroforestiers en zone méditerranéenne.
Bien que les interactions entre la recherche académique et les entreprises semencières au cours du siècle dernier aient permis une avancée significative dans l'amélioration des plantes cultivées, cela fait plusieurs années que les rendements des grandes cultures n'ont pas augmenté de manière significative. De plus, selon le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC), les émissions de gaz à effet de serre ont déclenché une hausse irréversible des températures qui rendra les terres agricoles plus sèches et augmentera considérablement les mauvaises récoltes au cours des 30 prochaines années. Nourrir près de dix milliards de personnes dans ce contexte de changement climatique est donc l'un des plus grands défis de ce siècle. Parmi les cultures touchées par la sécheresse, le maïs est au centre des recherches visant à améliorer les variétés pour les rendre plus résistantes au stress hydrique. Cependant, la tolérance à la sécheresse est un caractère polygénique (i.e., un caractère contrôlé par plusieurs gènes) qui dépend fortement de l'environnement, ce qui fait de la compréhension de son déterminisme génétique une tâche considérable. En effet, après avoir perçu un stress hydrique, les plantes déclenchent de multiples voies moléculaires affectant leur développement et leur rendement. Grâce aux avancées biotechnologiques, il est possible de générer des ensembles de données multi-omiques permettant d'appliquer des approches de génétique des systèmes dans l'étude de la tolérance à la sécheresse. Ma thèse visait à mieux comprendre les bases génétiques et moléculaires de la réponse du maïs à la sécheresse en réalisant une analyse intégrative de données multi-omiques (génomique : un million de SNP, protéomique : 2000 protéines, métabolomique : 1500 métabolites, et phénomique : 6 traits écophysiologiques liés à la sécheresse) mesurées pour 254 hybrides de maïs cultivés sous deux régimes hydriques contrastés. Dans la première partie de la thèse, je me suis concentré sur l'analyse des données phénomiques afin de quantifier la pertinence de l'intégration des indices de plasticité dans les études de génétique d'association pour détecter des QTLs impliqué dans l'interaction génotype-disponibilité en eau (GxW). Le principal résultat de cette partie est que les QTL de plasticité ne se chevauchent pas avec les QTL détectés sur les moyennes phénotypiques, et qu'ils capturent exclusivement une partie importante de la variance GxW (10-70% en fonction des caractères). Outre l'identification de nouvelles régions génétiques potentiellement impliquées dans la réponse à la sécheresse, mes résultats soutiennent le postulat selon lequel la plasticité phénotypique est un caractère indépendant avec son propre déterminisme génétique. Dans la deuxième partie de la thèse, j'ai mené une approche de génétique des systèmes en intégrant les données de génomique, de protéomique et de phénomique pour i) inférer un réseau multi-échelles révélant les bases génétiques et moléculaires de la réponse au stress hydrique, ii) évaluer les apports des données de protéomique pour expliquer la variance GxW, et iii) fournir une annotation fonctionnelle des QTLs maximisant la proportion de variance GxW capturée. Tout d'abord, j'ai pu identifier des régions génomiques enrichies en pQTLs et les traduire en réseaux d'interactions protéine-protéine. Cela m'a permis de montrer que les protéines associées à des pQTLs situés dans ces régions pouvaient interagir physiquement avec des protéines codées par des gènes couverts par ces régions. Deuxièmement, j'ai identifié un ensemble de QTL et de pQTL qui, ensemble, capturent 84% de la variance GxW. Troisièmement, j'ai inféré un réseau multi-échelle comprenant 531 loci, 63 protéines et 6 caractères répondant à la sécheresse. Ces résultats mettent en avant le potentielle des données omiques afin de révéler les bases génétiques et moléculaires de caractères complexes tels que la tolérance à la sécheresse.
Mots clés
Intéraction génotype-environnementRelation génotype-phénotypeRéseaux moléculairesIntégration de données multi-omiquesGénétique d'associationBiologie des systèmes
En permettant de réduire le stress hydrique des cultures, l’irrigation est un moyen d’adaptation qui permet d'introduire des cultures qu'il serait impossible de cultiver sans En favorisant la diversification des cultures, elle peut être vue comme un levier potentiel pour la transition agroécologique. Cependant, l’irrigation est souvent perçue comme un facteur d’intensification de l’agriculture, engendrant des impacts environnementaux plus élevés de ce fait elle est peu étudiée en lien avec l’agroécologie. Le projet TAI OC s’intéresse aux façons dont irrigation et agroécologie peuvent être pensées conjointement. Par ailleurs, le projet DEFI TASI permet de mobiliser l’outil de design fiction au service des recherches de TAI OC Concrètement, ce projet a permis d’utiliser le design fiction en vue de stimuler les débats et la créativité des parties prenantes au cours d’un exercice de construction collective de scénarios territoriaux de développement de l’agroécologie Dans un deuxième temps, le design fiction sera utilisé pour valoriser des résultats du projet TAI OC sous formes d’artéfacts accessibles à un large public. Les projets TAI OC et DEFI TASI ont permis de conduire une étude sur un territoire des Hautes Pyrénées, presque entièrement intégré au système Neste et rivières de Gascogne Dans ce territoire agricole de coteaux, l’irrigation est couramment pratiquée et les enjeux associés sont multiples ( agricoles, économiques, sociaux, etc Cette étude a produit des rapports dont les 3 affiches successives constituent une synthèse.
Mots clés
Transition agroécologiqueIrrigationAction collectiveChangement climatiqueAssolementAteliers participatifsScénario de transitionSystème Neste
Comprendre pour agirIn areas with significant land-use pressure, the space available for riparian forests is often limited, and dyking along with associated bank protection is common. The area available for preserving or restoring a river's mobility space is therefore often constrained. Infrastructure is typically built to protect human interests (housing, infrastructure, etc.) from erosion and flooding risks. Generally speaking, there are three types of bank protection structures: civil engineering structures made from stone or concrete masonry, gabions or rip-rap; soil and water bioengineering structures made from living vegetation and using the characteristics of the plants to protect banks against erosion; and mixed structures that combine both these techniques.Soil and water bioengineering has been the subject of extensive research for many years. But what exactly is soil and water bioengineering? What are the benefits of soil and water bioengineering structures for biodiversity compared with other techniques? What is their mechanical strength? What recommendations can be made regarding their maintenance? This publication aims to provide some answers to these questions.
Vers une chaine intégrée pour la prévision hydrométéorologique des étiages et des sécheresses – Amélioration de la plateforme PREMHYCE par le projet CIPRHES Le projet « Chaîne intégrée de prévision hydrométéorologique des étiages et des sécheresses » (CIPRHES) s’est déroulé de mars 2021 à février 2026 et visait à améliorer les chaînes de modélisation utilisées dans la plateforme opérationnelle de prévision des étiages PREMHYCE. Il a associé huit équipes de recherche d’INRAE, du BRGM, d’EDF, de Météo-France et de l’Université de Lorraine, et a permis de renforcer les liens avec les acteurs institutionnels et opérationnels de la gestion de l’eau. Enjeux et objectifs - Des besoins d’anticipation croissants pour répondre aux enjeux de partage de l’eau et de protection de la ressource et des milieux lors des sécheresses Dans de nombreux pays, les cours d'eau constituent la principale source d'approvisionnement en eau pour divers usages (eau potable, irrigation, énergie, navigation, etc.), qui peuvent être fortement affectés par les pénuries d'eau. En outre, le maintien d'un débit environnemental minimal est un enjeu fort pour le maintien de la bonne qualité des milieux et de la biodiversité. En 2022, la France a connu un événement de sécheresse d’une intensité exceptionnelle, avec des conséquences fortes sur différents secteurs activités, et des dommages estimés à plus de 5 milliards d’euros. Ce type d’événement préfigure ce que les projections hydroclimatiques laissent entrevoir comme des événements communs dans la suite du 21e siècle, du fait des changements climatiques. Cette perspective d'étiages plus sévères, longs et tardifs souligne la nécessité de disposer d'outils permettant de mieux se préparer et d'anticiper leurs impacts, d’améliorer la gestion de crise et de faciliter la prise de décision pour un meilleur partage de l’eau. Des évaluations et développements de chaînes de prévision des sécheresses ont été menés dans différents pays pour répondre à ces objectifs, avec des horizons de prévision allant de la moyenne échéance (de l’ordre d’une dizaine de jours) à l’échéance saisonnière (3 mois). En France, une démarche d’évaluation de modèles hydrologiques pour un objectif de prévision des étiages, appelée PREMHYCE (Prévision des Étiages par des Modèles Hydrologiques, Comparaison et Évaluation), a conduit au développement d’un prototype opérationnel de service hydrologique, basé sur une approche multimodèle et mis en test à partir de 2018 pour produire des prévisions en temps réel sur le réseau hydrographique français. Le projet CIPRHES a été conçu comme un laboratoire de développement et d’amélioration des méthodes associées à la plateforme PREMHYCE. L'objectif était d'obtenir une chaîne intégrée pouvant produire des prévisions hydrométéorologiques homogènes à long terme (de quelques jours à plusieurs mois) et cohérentes à différentes échelles spatiales (bassins versants et sous-bassins versants). Les développements proposés ont été testés sur un large ensemble de données afin d'évaluer les forces et les faiblesses de la chaîne de prévision. Plus spécifiquement, le projet CIPRHES a été guidé par cinq grands objectifs : (1) Produire des prévisions atmosphériques efficaces et homogènes allant des échéances moyenne à saisonnière ; (2) Développer une approche de modélisation hydrométéorologique intégrée pour la prévision des étiages ; (3) Développer des approches permettant de quantifier les différentes sources d'incertitude affectant les prévisions de étiages ; (4) Mettre en place des cadres avancés de « crash-test » afin d’évaluer les performances, la robustesse et l'utilité des prévisions d’étiage ; (5) Concevoir un service hydrométéorologique en ligne adapté aux besoins des utilisateurs afin de fournir des prévisions informatives en temps réel. Méthodes et approches - Un large échantillon de bassins versants et de données hydroclimatiques pour renforcer la robustesse et la généralité des modèles et méthodes statistiques testées Le projet s’est appuyé sur un large éventail de méthodes mathématiques, numériques, statistiques et de modélisation, appliquées aux domaines concernés par le projet (météorologie, hydrologie, hydrogéologie). Il a notamment exploité cinq modèles hydrologiques de types et de niveaux de complexité différents, avec l’objectif d’assurer une certaine généralité et robustesse à la chaîne de modélisation. Ces modèles, développés par les partenaires du projet, correspondent à des façons variées de représenter les processus à l'origine des étiages. Diverses techniques d’assimilation de données, utilisant différents types d’observations (débit, niveau de nappe) pour corriger les modèles, ont été utilisées. De plus, une large gamme d’approches statistiques a été utilisée pour le post-traitement des prévisions météorologiques et hydrologiques, et pour la quantification des incertitudes associées aux observations et aux prévisions. Le projet a par ailleurs exploité des données d’un large ensemble de bassins versants en France métropolitaine, afin de tester les méthodologies proposées dans diverses conditions et de tirer des conclusions générales. Les données ont été principalement extraites de bases de données publiques (Météo-France pour les données climatiques, HydroPortail pour les données hydrologiques, banque ADES pour les données sur les eaux souterraines). Des données plus spécifiques ont été utilisées pour certains travaux, par exemple des archives de prévision météorologiques ou des courbes de tarage associées à certaines stations hydrométriques. Ces données ont fait l’objet d’analyses détaillées pour en assurer la bonne qualité et la cohérence spatio-temporelle. Les bassins versants utilisés pour les tests sont le résultat de procédures de sélection pour répondre à différents critères de disponibilité et de qualité de données ou de couverture spatiale. L’échantillon national a été constitué en croisant la base de bassins versants de la plateforme opérationnelle PREMHYCE (environ 1300 bassins) et l’échantillon national de bassins versants de référence CAMELS-FR (654 bassins). Le croisement de ces deux échantillons de bassins a permis de définir un ensemble de 478 bassins versants bien répartis sur le territoire métropolitain. Des variantes de cet échantillon national ont pu être utilisées dans différents travaux, en fonction de contraintes supplémentaires imposées lors de certains tests (disponibilité des données, choix des périodes, etc.). Quelques travaux liés au projet ont également utilisé des bases de données spécifiques indépendantes de cette base nationale. Une base de données plus détaillée a également été mise en place pour le cas du bassin versant de la Meuse à Chooz (10 000 km² environ), utilisé comme cas d’étude de démonstration au sein du projet, notamment pour l’évaluation des modèles hydrologiques en mode semi-distribué. Résultats Le projet a permis de progresser sur plusieurs aspects. Sur la partie des prévisions météorologiques, une méthode statistique de concaténation des prévisions à moyenne échéance et des prévisions saisonnières a été proposée. Elle permet de produire des prévisions continues sur une large gamme d’échéances tout en bénéficiant de l’intérêt de ces deux types de prévisions. Implémentée dans la chaîne de production opérationnelle, elle simplifie les flux de données et l’analyse des résultats. Une partie importante des travaux du projet a porté sur l’amélioration des modélisations hydrologiques utilisées pour prévoir les débits d’étiage. Des améliorations ont été proposées sur les fonctions responsables de la simulation des bas débits et sur la conceptualisation des échanges entre surface et souterrain. Une représentation plus explicite des nappes a pu être proposée, ainsi qu’une prise en compte des ouvrages de stockage. Des schémas de modélisation représentant plus explicitement la variabilité spatiale au sein des bassins versants (approche semi-distribuée) ont également été évalués, avec des résultats encourageants sur le bassin de la Meuse. La mise en œuvre des modèles hydrologiques en mode prévisionnel a fait l’objet de plusieurs travaux visant à corriger en temps réel les modèles grâces à l’intégration des observations disponibles (assimilation de données). Si le débit observé en rivière est une source classique d’information, les travaux ont également visé à intégrer les niveaux de nappe. Cette information complémentaire n’a pas apporté de gains significatifs par rapport aux débits seuls, mais elle renforce les modèles dans leur capacité à simuler conjointement ces deux variables. L’exercice de prévision étant par nature incertain, les travaux du projet se sont intéressés plus spécifiquement à trois sources d’incertitudes : prévisions météorologiques, observations hydrométriques et modélisation hydrologique. Des méthodes ont été proposées pour quantifier les incertitudes hydrométriques, en lien avec les courbes de tarage ou la qualité des stations de mesure. Des approches statistiques ont également été développées pour assurer une meilleure cohérence temporelle des estimations d’incertitude liées à la modélisation hydrologique et aux prévisions météorologiques. Par ailleurs, des analyses sur un large échantillon de bassins ont permis de quantifier les échéances auxquelles on peut fournir des prévisions informatives (prévisibilité) et d’en cerner les déterminants (contexte hydroclimatique ou physique). Enfin, la plateforme opérationnelle a été améliorée, avec un fort accroissement de la couverture spatiale du territoire (désormais environ 1300 points de prévision), un réseau d’utilisateurs renforcé et une interface plus fonctionnelle et conviviale intégrant les demandes et besoins des utilisateurs. Perspectives Le projet CIPRHES a permis des progrès dans notre compréhension des déterminants de l’efficacité de chaînes opérationnelles de prévisions des sécheresses. Il ouvre diverses perspectives, avec notamment la mise en œuvre progressive des résultats du projet CIPRHES au sein de la plateforme opérationnelle PREMHYCE, la poursuite des développements sur la prévision saisonnière (atmosphère - surface - souterrain) dans le cadre d’autres projets, l’ouverture sur des méthodes et données complémentaires (méthodes d’apprentissage automatique, utilisation d’informations satellites), la prise en compte plus détaillée des influences anthropiques ou encore la production d’indicateurs adaptés à différents secteurs usagers de l’eau. Le projet a été mené suivant de nombreux axes de travail portant sur les principales sources d’incertitudes dans la chaîne de prévision. Un séminaire de restitution organisé fin 2025 a regroupé environ 220 personnes issues de différents domaines. Il a été un lieu d’échange pluridisciplinaire et multi-sectoriel, avec la participation d’acteurs évoluant dans les domaines de la recherche, la gestion opérationnelle, l’ingénierie et la décision publique. Les discussions ont croisé les points de vue et fait ressortir les perspectives, besoins et attentes sur les développements en recherche, les enjeux institutionnels, les dimensions opérationnelles de la gestion des étiages et enfin les applications possibles dans différents secteurs usagers de l’eau, notamment celui de l’agriculture. Ces échanges ont souligné les défis qui se posent pour la gestion des sécheresses, de l’échelle locale à l’échelle nationale, dans un contexte d’évolutions rapides liées au changement global. L’Office français de la biodiversité (OFB), et la Direction de l’eau et de la biodiversité (DEB) au sein de Ministère de la transition écologique, qui sont à l’initiative du développement de la plateforme PREMHYCE, contribuent à en faire un instrument utile et accessible pour aider à la gestion des crises conjoncturelles de l’eau et à la décision publique en matière de partage de la ressource.
Vers une chaine intégrée pour la prévision hydrométéorologique des étiages et des sécheresses – Amélioration de la plateforme PREMHYCE par le projet CIPRHES Le projet « Chaîne intégrée de prévision hydrométéorologique des étiages et des sécheresses » (CIPRHES) s’est déroulé de mars 2021 à février 2026 et visait à améliorer les chaînes de modélisation utilisées dans la plateforme opérationnelle de prévision des étiages PREMHYCE. Il a associé huit équipes de recherche d’INRAE, du BRGM, d’EDF, de Météo-France et de l’Université de Lorraine, et a permis de renforcer les liens avec les acteurs institutionnels et opérationnels de la gestion de l’eau. Enjeux et objectifs - Des besoins d’anticipation croissants pour répondre aux enjeux de partage de l’eau et de protection de la ressource et des milieux lors des sécheresses Dans de nombreux pays, les cours d'eau constituent la principale source d'approvisionnement en eau pour divers usages (eau potable, irrigation, énergie, navigation, etc.), qui peuvent être fortement affectés par les pénuries d'eau. En outre, le maintien d'un débit environnemental minimal est un enjeu fort pour le maintien de la bonne qualité des milieux et de la biodiversité. En 2022, la France a connu un événement de sécheresse d’une intensité exceptionnelle, avec des conséquences fortes sur différents secteurs activités, et des dommages estimés à plus de 5 milliards d’euros. Ce type d’événement préfigure ce que les projections hydroclimatiques laissent entrevoir comme des événements communs dans la suite du 21e siècle, du fait des changements climatiques. Cette perspective d'étiages plus sévères, longs et tardifs souligne la nécessité de disposer d'outils permettant de mieux se préparer et d'anticiper leurs impacts, d’améliorer la gestion de crise et de faciliter la prise de décision pour un meilleur partage de l’eau. Des évaluations et développements de chaînes de prévision des sécheresses ont été menés dans différents pays pour répondre à ces objectifs, avec des horizons de prévision allant de la moyenne échéance (de l’ordre d’une dizaine de jours) à l’échéance saisonnière (3 mois). En France, une démarche d’évaluation de modèles hydrologiques pour un objectif de prévision des étiages, appelée PREMHYCE (Prévision des Étiages par des Modèles Hydrologiques, Comparaison et Évaluation), a conduit au développement d’un prototype opérationnel de service hydrologique, basé sur une approche multimodèle et mis en test à partir de 2018 pour produire des prévisions en temps réel sur le réseau hydrographique français. Le projet CIPRHES a été conçu comme un laboratoire de développement et d’amélioration des méthodes associées à la plateforme PREMHYCE. L'objectif était d'obtenir une chaîne intégrée pouvant produire des prévisions hydrométéorologiques homogènes à long terme (de quelques jours à plusieurs mois) et cohérentes à différentes échelles spatiales (bassins versants et sous-bassins versants). Les développements proposés ont été testés sur un large ensemble de données afin d'évaluer les forces et les faiblesses de la chaîne de prévision. Plus spécifiquement, le projet CIPRHES a été guidé par cinq grands objectifs : (1) Produire des prévisions atmosphériques efficaces et homogènes allant des échéances moyenne à saisonnière ; (2) Développer une approche de modélisation hydrométéorologique intégrée pour la prévision des étiages ; (3) Développer des approches permettant de quantifier les différentes sources d'incertitude affectant les prévisions de étiages ; (4) Mettre en place des cadres avancés de « crash-test » afin d’évaluer les performances, la robustesse et l'utilité des prévisions d’étiage ; (5) Concevoir un service hydrométéorologique en ligne adapté aux besoins des utilisateurs afin de fournir des prévisions informatives en temps réel. Méthodes et approches - Un large échantillon de bassins versants et de données hydroclimatiques pour renforcer la robustesse et la généralité des modèles et méthodes statistiques testées Le projet s’est appuyé sur un large éventail de méthodes mathématiques, numériques, statistiques et de modélisation, appliquées aux domaines concernés par le projet (météorologie, hydrologie, hydrogéologie). Il a notamment exploité cinq modèles hydrologiques de types et de niveaux de complexité différents, avec l’objectif d’assurer une certaine généralité et robustesse à la chaîne de modélisation. Ces modèles, développés par les partenaires du projet, correspondent à des façons variées de représenter les processus à l'origine des étiages. Diverses techniques d’assimilation de données, utilisant différents types d’observations (débit, niveau de nappe) pour corriger les modèles, ont été utilisées. De plus, une large gamme d’approches statistiques a été utilisée pour le post-traitement des prévisions météorologiques et hydrologiques, et pour la quantification des incertitudes associées aux observations et aux prévisions. Le projet a par ailleurs exploité des données d’un large ensemble de bassins versants en France métropolitaine, afin de tester les méthodologies proposées dans diverses conditions et de tirer des conclusions générales. Les données ont été principalement extraites de bases de données publiques (Météo-France pour les données climatiques, HydroPortail pour les données hydrologiques, banque ADES pour les données sur les eaux souterraines). Des données plus spécifiques ont été utilisées pour certains travaux, par exemple des archives de prévision météorologiques ou des courbes de tarage associées à certaines stations hydrométriques. Ces données ont fait l’objet d’analyses détaillées pour en assurer la bonne qualité et la cohérence spatio-temporelle. Les bassins versants utilisés pour les tests sont le résultat de procédures de sélection pour répondre à différents critères de disponibilité et de qualité de données ou de couverture spatiale. L’échantillon national a été constitué en croisant la base de bassins versants de la plateforme opérationnelle PREMHYCE (environ 1300 bassins) et l’échantillon national de bassins versants de référence CAMELS-FR (654 bassins). Le croisement de ces deux échantillons de bassins a permis de définir un ensemble de 478 bassins versants bien répartis sur le territoire métropolitain. Des variantes de cet échantillon national ont pu être utilisées dans différents travaux, en fonction de contraintes supplémentaires imposées lors de certains tests (disponibilité des données, choix des périodes, etc.). Quelques travaux liés au projet ont également utilisé des bases de données spécifiques indépendantes de cette base nationale. Une base de données plus détaillée a également été mise en place pour le cas du bassin versant de la Meuse à Chooz (10 000 km² environ), utilisé comme cas d’étude de démonstration au sein du projet, notamment pour l’évaluation des modèles hydrologiques en mode semi-distribué. Résultats Le projet a permis de progresser sur plusieurs aspects. Sur la partie des prévisions météorologiques, une méthode statistique de concaténation des prévisions à moyenne échéance et des prévisions saisonnières a été proposée. Elle permet de produire des prévisions continues sur une large gamme d’échéances tout en bénéficiant de l’intérêt de ces deux types de prévisions. Implémentée dans la chaîne de production opérationnelle, elle simplifie les flux de données et l’analyse des résultats. Une partie importante des travaux du projet a porté sur l’amélioration des modélisations hydrologiques utilisées pour prévoir les débits d’étiage. Des améliorations ont été proposées sur les fonctions responsables de la simulation des bas débits et sur la conceptualisation des échanges entre surface et souterrain. Une représentation plus explicite des nappes a pu être proposée, ainsi qu’une prise en compte des ouvrages de stockage. Des schémas de modélisation représentant plus explicitement la variabilité spatiale au sein des bassins versants (approche semi-distribuée) ont également été évalués, avec des résultats encourageants sur le bassin de la Meuse. La mise en œuvre des modèles hydrologiques en mode prévisionnel a fait l’objet de plusieurs travaux visant à corriger en temps réel les modèles grâces à l’intégration des observations disponibles (assimilation de données). Si le débit observé en rivière est une source classique d’information, les travaux ont également visé à intégrer les niveaux de nappe. Cette information complémentaire n’a pas apporté de gains significatifs par rapport aux débits seuls, mais elle renforce les modèles dans leur capacité à simuler conjointement ces deux variables. L’exercice de prévision étant par nature incertain, les travaux du projet se sont intéressés plus spécifiquement à trois sources d’incertitudes : prévisions météorologiques, observations hydrométriques et modélisation hydrologique. Des méthodes ont été proposées pour quantifier les incertitudes hydrométriques, en lien avec les courbes de tarage ou la qualité des stations de mesure. Des approches statistiques ont également été développées pour assurer une meilleure cohérence temporelle des estimations d’incertitude liées à la modélisation hydrologique et aux prévisions météorologiques. Par ailleurs, des analyses sur un large échantillon de bassins ont permis de quantifier les échéances auxquelles on peut fournir des prévisions informatives (prévisibilité) et d’en cerner les déterminants (contexte hydroclimatique ou physique). Enfin, la plateforme opérationnelle a été améliorée, avec un fort accroissement de la couverture spatiale du territoire (désormais environ 1300 points de prévision), un réseau d’utilisateurs renforcé et une interface plus fonctionnelle et conviviale intégrant les demandes et besoins des utilisateurs. Perspectives Le projet CIPRHES a permis des progrès dans notre compréhension des déterminants de l’efficacité de chaînes opérationnelles de prévisions des sécheresses. Il ouvre diverses perspectives, avec notamment la mise en œuvre progressive des résultats du projet CIPRHES au sein de la plateforme opérationnelle PREMHYCE, la poursuite des développements sur la prévision saisonnière (atmosphère - surface - souterrain) dans le cadre d’autres projets, l’ouverture sur des méthodes et données complémentaires (méthodes d’apprentissage automatique, utilisation d’informations satellites), la prise en compte plus détaillée des influences anthropiques ou encore la production d’indicateurs adaptés à différents secteurs usagers de l’eau. Le projet a été mené suivant de nombreux axes de travail portant sur les principales sources d’incertitudes dans la chaîne de prévision. Un séminaire de restitution organisé fin 2025 a regroupé environ 220 personnes issues de différents domaines. Il a été un lieu d’échange pluridisciplinaire et multi-sectoriel, avec la participation d’acteurs évoluant dans les domaines de la recherche, la gestion opérationnelle, l’ingénierie et la décision publique. Les discussions ont croisé les points de vue et fait ressortir les perspectives, besoins et attentes sur les développements en recherche, les enjeux institutionnels, les dimensions opérationnelles de la gestion des étiages et enfin les applications possibles dans différents secteurs usagers de l’eau, notamment celui de l’agriculture. Ces échanges ont souligné les défis qui se posent pour la gestion des sécheresses, de l’échelle locale à l’échelle nationale, dans un contexte d’évolutions rapides liées au changement global. L’Office français de la biodiversité (OFB), et la Direction de l’eau et de la biodiversité (DEB) au sein de Ministère de la transition écologique, qui sont à l’initiative du développement de la plateforme PREMHYCE, contribuent à en faire un instrument utile et accessible pour aider à la gestion des crises conjoncturelles de l’eau et à la décision publique en matière de partage de la ressource.
Même si le bassin Seine Normandie est un territoire historiquement peu touché par les sécheresses, plusieurs zones de tension sur l'eau émergent, telles que la Beauce ou l'Aronde. Les arrêtés sécheresses sont également récurrents sur le bassin (cf. Figure 1), avec dans les 8 dernières années, un minimum de 56 arrêtés pris par an (en 2014), un maximum de 359 (en 2011), et une moyenne de 184. D'autre part, selon les projections d'une récente étude réalisée par le Cerfacs de Toulouse (Boé & Radojevic, 2018), les épisodes de sécheresse risquent de s'accroître sur le bassin Seine-Normandie à l'horizon 2030 - 2060. Les simulations, réalisées sur la base du scénario d'émission de gaz à effet de serre tendanciel (RCP 8.5)1 et de 14 modélisations climatiques régionalisées, indiquent notamment :Des sécheresses agricoles (humidité du sol inférieure à la décennale sèche) plus sévères et plus longues que dans le passé ; Des sécheresses hydrologiques (caractérisées par un débit inférieur au VCN3 - minimum du débit consécutif sur 3 jours) jusqu'à dix fois plus longues ; Un nombre important de mois passés en sécheresse chaque année, plutôt qu'une alternance d'années de sécheresses extrêmes entrecoupées d¿années sans sécheresse. Bien que ces simulations ne constituent en aucun cas des prévisions, elles montrent cependant que des situations de sécheresses bien plus extrêmes que lors des 100 dernières années sont probables d'ici 2030-2060.
La diversification des forêts est une stratégie de gestion qui gagne en popularité pour maintenir la fonctionnalité des écosystèmes forestiers dans un contexte de changement globaux. La sécheresse est une perturbation majeure liée au changement climatique, pour laquelle, les effets de la diversification sont encore controversés. Ma thèse a eu pour objectif de quantifier les effets du mélange d’espèces d’arbres sur leur fonctionnement physiologique en condition de sécheresse à différentes échelles (peuplement, arbres). Pour répondre à cet objectif, je me suis appuyé sur (1) le réseau TreeDivNet qui offre des plantations expérimentales ou la diversité en essence est manipulée, (2) différentes métriques du fonctionnement hydraulique des arbres (e.g. le potentiel hydrique, la vulnérabilité du système hydraulique à la cavitation, la dynamique de transpiration), (3) une caractérisation du contexte local dans lesquels les arbres ont grandi (p.ex. indices foliaire, indices de compétition, propriétés du sol). Dans un premier chapitre, je me suis intéressé à quantifier un indicateur de stress hydrique lié au risque de mortalité des arbres par rupture hydraulique lors d’une sécheresse extrême, à l’échelle de 20 espèces d’arbres réparties sur 5 sites européens du TreeDivNet. Ce risque de mortalité hydraulique a été approximé en combinant une mesure de la vulnérabilité du système hydraulique (appelée vulnérabilité à cavitation) et une mesure de d’exposition au stress hydrique (appelée potentiel hydrique) prise au pic de la sécheresse. L'analyse de ces données montre l’identité de l’espèce est le principal déterminant du risque de mortalité. De plus, alors que la richesse spécifique a peu d’effet sur le risque, la composition en espèce permet d’en expliquer une partie significative. Ainsi, certains assemblages d’espèces complémentaires ont le potentiel de fortement réduire le stress hydrique d’au moins une des espèces en mélange. Dans un second chapitre, je me suis focalisé sur un seul site expérimental (BTree, Autriche), pour évaluer l’effet du mélange d’espèce sur la dynamique de réponse de la densité de flux de sève lors d’une sécheresse. Les résultats de ce chapitre apportent des éléments montrant que l'environnement local, hérité des effets du mélange sur la croissance des arbres, explique en partie la réponse physiologique des arbres à la sécheresse. L’observation de réponses convergentes de la densité du flux de sève à la disponibilité de l'eau dans le sol entre les espèces dans les mélanges de deux espèces suggèrent un effet du mélange à travers la structure du voisinage et de la stratégie d'utilisation de l'eau des arbres voisins et parfois les propriétés de rétention en eau du sol. Dans un troisième chapitre nous avons réanalysé les données du 1er chapitre (à l’échelle de 5 sites et 20 espèces) à l’échelle individuelle, afin de quantifier les effets de l’espèce et du voisinage (approché par des indices compétitions). Nos résultats montrent que l’identité fonctionnelle (approché par les traits hydraulique) explique une grande partie du stress hydrique, mais aussi que la taille de l’arbre et l’identité fonctionnelle des voisins module le stress hydrique. En effet, il semblerait qu’un voisinage caractérisé par des stratégies conservatives réduise le stress hydrique. Dans la discussion générale nous abondons les limites de ces résultats et les perspectives de recherches supplémentaires, nécessaire au développement d’outils de transfert vers la gestion.
Mots clés
Gestion forestièreInteractions entre espècesBiodiversitéSécheresseEcosystème forestierEcophysiologie
Les cours d’eau de Mayotte sont soumis à des pressions croissantes pour l’approvisionnement en eau potable de la population et la satisfaction de différents usages, notamment agricoles. Pour satisfaire ces besoins en eau, les gestionnaires disposent de différentes sources d’approvisionnement, incluant les eaux superficielles (captages en rivières et retenues collinaires), souterraines et le dessalement de l’eau de mer. La tension sur la ressource et les besoins de protection des milieux ont conduit la DEAL à proposer de mettre en place des outils d’aide à la gestion de l’eau, par l’établissement des seuils sécheresse sur les eaux superficielles. L’objectif est de limiter graduellement les usages en périodes de manque d’eau, pour ainsi mieux gérer ces périodes déficitaires. La présente étude a ainsi eu pour objectif d’établir des seuils de gestion sur 25 cours d’eau de Mayotte. Le travail a compris plusieurs étapes : la constitution d’une base de données aussi complète que possible et critiquée, portant sur les conditions climatiques et hydrologiques ; la mise en place de modélisations hydrologiques pour étendre les chroniques de données de débit ; l’analyse statistique des séries de données disponibles pour le calcul de débits réservés (dixième du module) et de seuils de gestion. Sur chaque station, quatre seuils de gestion ont été calculés, correspondant à des sévérités d’étiage croissantes (de périodes de retour de 2, 5, 10 et 20 ans). L’analyse de ces seuils et les considérations pratiques de mise en oeuvre ont conduit au final à retenir un ou deux seuils par station. L’utilisation de ces seuils pour gérer les périodes d’étiage devrait contribuer à limiter les périodes de tension. Une analyse succincte de la mise en place des débits réservés associés montre cependant que certaines conditions très déficitaires pourraient poser problème pour le maintien du fonctionnement de certaines unités de traitement de l’eau.
Les prairies permanentes représentent l’une des principales formes d’utilisation des terres en Europe. En France, elles représentent près de 40% de la Surface Agricole Utile (SAU) et restent le support de nombreux systèmes d’élevage. Les scénarios actuels de changement climatique prévoient tous un accroissement de la variabilité climatique qui pourrait se traduire par un accroissement des évènements extrêmes, notamment en ce qui concerne les épisodes de sécheresses. Ces événements extrêmes sont de nature à altérer la structure et le fonctionnement des prairies et en conséquence la capacité de ces écosystèmes à rendre des services agricoles, écologiques et environnementaux. Une meilleure compréhension des mécanismes de résistance et de résilience des communautés végétales prairiales face à l’occurrence de sécheresses extrêmes s’avère donc cruciale pour évaluer la stabilité du fonctionnement de l’écosystème prairial et notamment du service de production qu'il supporte. Cette thèse a pour objectif principal d’évaluer la capacité des prairies permanentes à maintenir leur fonction de production face à un événement de sécheresse extrême. Elle s’appuie sur une démarche expérimentale en mésocosmes sous conditions semi-contrôlées permettant de caractériser le rôle de la composition et de la structure des communautés végétales prairiales dans la résistance et la résilience à la sécheresse des prairies. Pour évaluer l’importance de la composition et de la diversité fonctionnelle dans la réponse des communautés végétales, des monocultures et des mélanges associant graminées et une légumineuse ont été sélectionnés. L’originalité de ce travail réside dans une approche d’écologie fonctionnelle permettant d’appréhender l’importance des interactions entre espèces dans la réponse de la communauté via l’analyse de traits morphologiques et physiologiques mesurés conjointement dans les compartiments aérien et souterrain de la végétation. Cette étude a mis en évidence le rôle prépondérant du Trèfle blanc (Trifolium repens) dans la modulation de l’impact d’un événement de sécheresse extrême sur la production de biomasse de mélanges prairiaux. Si aucun effet tampon de la composition et de la structure de la communauté n’a été mis en évidence durant la sécheresse, la présence et l’abondance de Trèfle blanc a été reliée à une meilleure récupération à long terme de la production de biomasse des mélanges. Après l’extrême, une surproduction des mélanges associant graminée et Trèfle blanc a ainsi été attribuée à des mécanismes de facilitation azotée et de complémentarité verticale de niches au niveau racinaire pour l’acquisition de l’eau. Nous avons ainsi souligné l’importance de la croissance des racines profondes pour la mise en place de complémentarités fonctionnelles entre espèces et donc pour le maintien de la production sous sécheresse extrême. L’événement de sécheresse affecte durablement le comportement des racines et de ce fait les mécanismes sous-jacents de l’effet bénéfique du Trèfle blanc sur la production aérienne. Par ailleurs, notre étude a mis en évidence le rôle majeur des interactions hétérospécifiques dans l’expression de traits intraspécifiques liés aux stratégies d’acquisition des ressources et par conséquent dans la régulation de la performance des espèces sous sécheresse extrême. Nous montrons que la structure et la composition fonctionnelle de la communauté végétale apparaît essentielle dans la régulation de la réponse à un événement de sécheresse extrême. Dans notre étude, la récupération de la production de biomasse aérienne après sécheresse extrême repose essentiellement sur la présence de Trèfle blanc et la mise en place d’interactions positives entre espèces. La prise en compte de la modulation par les interactions interspécifiques du comportement des espèces en mélanges s’avère nécessaire dans la prévision de la production des prairies sous climat futur. (...)
Mots clés
Trèfle blancComplémentaritéInteractions hétérospécifiquesRésilienceRésistanceExtrême climatiquePrairiesSécheresseTraits fonctionnels des plantes
Cette thèse présente un cadre de modélisation intégré pour les grands lacs peu instrumentés afin d'identifier les facteurs clés de leur équilibre hydrique et d'atténuer les risques hydrologiques. Elle démontre que la modélisation conjointe des processus naturels et de la gestion de l'eau permet de mieux quantifier des fluctuations du niveau des lacs et s’évaluer les stratégies visant à atténuer les risques de sécheresse et d'inondation. Le lac Titicaca, un grand lac exoréique situé à 3810 m d'altitude dans les Andes tropicales et partagé entre le Pérou et la Bolivie, est utilisé comme étude de cas. En 1993, ces deux pays ont prévu de réguler les débits sortants, mais la mise en œuvre est restée bloquée malgré la construction d'une vanne entre 2000 et 2002, en raison de priorités contradictoires et de l'incertitude quant à l'efficacité et aux compromis. Le cadre de modélisation, basé sur les modèles conceptuels du WEAP, est mis en œuvre à un pas de temps quotidien pour la période 1982-2016. Il prend en compte les apports des bassins versants en amont, les précipitations directes et l'évaporation sur le lac, ainsi que les débits sortants en aval. Les apports de neige et de glace ainsi que les prélèvements pour l'irrigation sont également pris en compte. L'évaporation du lac est estimée à l'aide de la méthode Penman, en tenant compte du stockage de la chaleur. Le modèle est forcé avec des ensembles de données maillées provenant d'observations au sol et d'ERA5-Land. La performance est évaluée en utilisant le bilan de masse glaciaire géodésique, le débit des cours d'eau et les données sur le niveau du lac. En utilisant le modèle intégré de référence, les stratégies de gestion du débit sortant sont évaluées pour atténuer les sécheresses et les inondations. Ainsi, deux stratégies de déversement sont envisagées : une stratégie naturelle et une stratégie régulée. L'évaluation est réalisée dans des conditions climatiques observées et futures. Les climats futurs sont basés sur les projections de 21 MCG CMIP6 pour la période 2036-2070 selon les scénarios SSP2 et SSP5. L'efficacité de la stratégie est évaluée au moyen d'indicateurs de risque représentant l'intensité, la durée et la fréquence des sécheresses et des inondations. Ces indicateurs couvrent à la fois la zone côtière et les zones en aval, ce qui permet d'analyser les compromis associés à la régulation. Un bilan hydrique avec une erreur de fermeture minimale est obtenu sans facteurs d'échelle, ce qui suggère une réduction de l'incertitude dans les composants clés - précipitation et évaporation. Les résultats montrent que les fluctuations du niveau du lac sont principalement dues aux précipitations directes sur le lac et les bassins versants en amont, ainsi qu'à une forte évaporation. Pour la période historique la régulation des débits sortants peut atténuer efficacement les sécheresses et les inondations, en particulier dans les zones en aval. Les inondations dans la zone côtière peuvent également être réduites avec des effets négatifs minimes sur les conditions de sécheresse. Cependant, l'efficacité de la régulation diminue dans les scénarios climatiques futurs, en particulier pour les sécheresses. Dans les conditions climatiques projetées pour 2036-2070, les niveaux d'eau du lac Titicaca pourraient diminuer progressivement, entraînant des sécheresses quasi permanentes et le passage à un système endoréique. Sur la base des résultats obtenus dans le lac Titicaca, la thèse examine comment les défis scientifiques de la modélisation intégrée sont abordés, notamment le contexte transfrontalier, la complexité du modèle, la réconciliation des échelles spatiales et temporelles, ainsi que les limitations méthodologiques. Enfin, la thèse souligne la nécessité de compléter l'approche adoptée (descendante) par une participation plus importante et plus active des parties prenantes (ascendante) dans les étapes futures.
Le changement climatique accentue la fréquence et l’intensité des extrêmes climatiques exerçant une pression croissante sur la végétation. Parmi eux, la sécheresse perturbe les cycles hydrologiques et le fonctionnement vasculaire des plantes, compromettant leur croissance, leur rendement et même leur survie. Les avancées récentes dans le domaine de l’hydraulique végétale ont révélé un lien étroit entre la mortalité liée à la sécheresse et la résistance du xylème à l’embolie. Toutefois, il reste difficile de prédire le temps de survie d’une plante soumise à une sécheresse prolongée, l’amenant à une rupture hydraulique de l’appareil vasculaire. En effet, la plupart des études se sont concentrées sur le rôle des stomates dans la régulation de la transpiration en début de sécheresse, négligeant les pertes résiduelles qui persistent, après fermeture stomatique, lors de sécheresses prolongées et/ou sévères. Or, ces pertes d’eau paraissent essentielles pour prédire la survie : elles définissent la conductance foliaire résiduelle ainsi que le trait associé, la conductance minimale foliaire. Dans ce contexte, cette thèse s'attache à explorer les mécanismes de perte d’eau résiduelle au niveau de la feuille lors de sécheresses sévères sur une espèce cultivée, le tournesol (Helianthus annuus), et un arbre, le tulipier de Virginie (Liriodendron tulipifera). Mené le long d’un gradient de stress hydrique, ce travail s’articule autour de trois axes visant à mieux comprendre les déterminants de la conductance minimale foliaire et leur impact sur la survie des végétaux : (i) l’analyse de la fuite stomatique, (ii) l’exploration de la coordination spatiale des stomates, de son rôle dans l’équilibre entre transpiration et assimilation du carbone, et (iii) l’étude de la réponse des différentes couches cuticulaires. Nous avons pu mettre en évidence, à l’aide de techniques complémentaires et indépendantes, la présence de fuites stomatiques dès la fermeture des stomates (correspondant la perte de turgescence) et jusqu’à des niveaux de stress hydrique important (ΨP50) influençant durablement la conductance résiduelle foliaire. Nos résultats montrent que la fermeture hétérogène de stomates caractérisant le “stomatal patchiness” est également une réponse à la sécheresse. En particulier entre la perte de turgescence (Ψtlp) et le début de la sécheresse (ΨP12) il joue le rôle de tampon permettant d'étendre les fonctions physiologiques de la feuille face au stress hydrique. De plus, en analysant suivant deux échelles temporelles ce phénomène, nous montrons qu’il existe une hiérarchie spatiale dans le patchiness avec des patchs unitaires pouvant s'agréger en patchs plus vastes, affinant la réponse foliaire aux variations environnementales. Parallèlement aux stomates, la cuticule joue aussi un rôle déterminant dans la régulation des pertes en eau. L’analyse de ses différentes couches lors d’un stress hydrique révèle qu’elles n’exercent pas la même influence sur la limitation des pertes en eau durant la sécheresse. Si la quantité de cutine et de cires augmente avec l’intensité du stress hydrique, seule la cutine contribue réellement à limiter ces pertes en eau retardant le moment de la rupture hydraulique induisant la mortalité. En conclusion, ces résultats soulignent l’importance des mécanismes stomatiques et cuticulaires, dans la régulation des pertes en eau lors de sécheresse sévère et de l’impact sur la survie des végétaux. La combinaison d’une réponse spatiale hétérogène des stomates et de la contribution différenciée des couches cuticulaires illustre comment la feuille tente de préserver l’eau. Ce couplage entre flexibilité stomatique et cuticulaire traduit une stratégie adaptative efficace, visant à préserver les fonctions physiologiques tout en minimisant les pertes hydriques.
Mots clés
Hétérogénéité stomatiqueCutine et ciresCuticuleFuite stomatiqueStomatesSécheresse
