Environnement Méditerranéen et Modélisation des Agro-Hydrosystèmes

Transferts hydriques aquifère-sol-végétation-atmosphère A. Olioso, S. Ruy, A. Chanzy, D. Courault, M. Babic, O. Banton, F. Baret, N. Bertrand, P. Branquinho, B. Bès, S. Castillo-Reyes, K. Chalikakis, A. Chapelet, A.-L. Cognard-Plancq, M. Debroux, V. Desfonds, L. Di Pietro, C. Doussan, B. Gallego-Elvira, S. Garrigues, J.-C. Gaudu, M. Guérif, R. Lecerf, D. Ma, O. Marloie, M. Mira, S. Moulin, D. Renard, F. Ruget, M. Weiss Environnement Méditerranéen et Modélisation des Agro-Hydrosystèmes

en zone méditerranéenne face aux changements globaux ? Question générale: Comment vont évoluer les ressources hydriques et la production agricole en zone méditerranéenne face aux changements globaux ? facteurs de changements  modification des régimes pluviométriques - augmentation des occurrences de sécheresse - augmentation des évènements pluviométriques extrêmes  évolution de l'utilisation des terres - espace alloué à l'agriculture / urbanisation... - types de production, pratiques culturales... - / évolution des marchés et des régulation (PAC...), - / réglementation "environnementale" (protection, MAE...) irrigation  élément déterminant de la production en zone méditerranéenne - comment vont évoluer les besoins / la disponibilité de l'eau ? "environnement"  impact sur les écosystèmes et utilisations avals 1

Aquifère de la Crau  une zone détude privilégiée aquifère : - 550 km2, simple, zone plate - pas de réseau hydrographique naturel problématiques : gestion de l'eau / gestion de l'espace / agriculture .... irrigation déterminante - réseau complexe de canaux - un quart de la surface est irriguée - eau de la Durance - production de foin (AOC) - l'irrigation en excès est la contribution principale à la recharge de l'aquifère (~2/3) climat: - pluie ~ 600 mm/an (350 à 1000 mm/an) - forte vapotranspiration potentielle ~1300 mm/an (fort déficit estival) Aquifère de la Crau 10 km N 2

Occupation du sol Classification 2009 données SPOT (11 images) BD ortho - IGN Google Earth Classes principales: prairies irriguées coussouls vergers marais rizières 3

Bilan hydrologique de l'aquifère de la Crau Mm3 BRGM 1995 Antea 2001 Réserve estimée 550 Mm3 Entrées pluie 57 54 irrigation 117 164 souterrain 22 - Sorties naturelles 151 167 eau potable 21 26 industrie 15 12 agriculture 9 Total 196 218 ~précipitations - évapotranspiration ~irrigation - évapotranspiration ~drainage 4

Bilan hydrologique de l'aquifère de la Crau Mm3 BRGM 1995 Antea 2001 Réserve estimée 550 Mm3 Entrées pluie 57 54 irrigation 117 164 souterrain 22 - Sorties naturelles 151 167 eau potable 21 26 industrie 15 12 agriculture 9 Total 196 218 fortes incertitudes difficultés de "prévision" 4

Bilan hydrologique de l'aquifère de la Crau Mm3 BRGM 1995 Antea 2001 Réserve estimée 550 Mm3 Entrées pluie 57 54 irrigation 117 164 souterrain 22 - Sorties naturelles 151 167 eau potable 21 26 industrie 15 12 agriculture 9 Total 196 218 fortes incertitudes difficultés de "prévision" modélisation du système et de ses évolutions experimentations et suivis - analyse des processus clefs - systèmes d'observation 4

Bilan hydrologique de l'aquifère de la Crau modélisation du système et de ses évolutions analyse des processus clefs - transferts vers l'aquifère - transferts vers l'atmosphère - pratiques agricoles et leurs évolutions - évolution de l'utilisation des sols - impact de la variabilité spatiale (mosaïques paysagères...) 5

Bilan hydrologique de l'aquifère de la Crau modélisation du système et de ses évolutions analyse des processus clefs - transferts vers l'aquifère - transferts vers l'atmosphère - pratiques agricoles et leurs évolutions - évolution de l'utilisation des sols - impact de la variabilité spatiale (mosaïques paysagères...) systèmes d'observation - in situ : météo, évapotranspiration, croissance de la végétation... - télédétection : évapotranspiration, végétation, occupation du sol... 5

Bilan hydrologique de l'aquifère de la Crau analyse de scénarios - évolution du climat - baisse de la ressource hydrique - modification des pratiques agricoles - changement d'utilisation des sols (urbanisation) ... modélisation du système et de ses évolutions analyse des processus clefs - transferts vers l'aquifère - transferts vers l'atmosphère - pratiques agricoles et leurs évolutions - évolution de l'utilisation des sols - impact de la variabilité spatiale (mosaïques paysagères...) systèmes d'observation - in situ : météo, évapotranspiration, croissance de la végétation... - télédétection : évapotranspiration, végétation, occupation du sol... 5

Cartes d'évapotranspiration (ET) annuelle 100 km ET 2001 (mm) ET 2007 (mm) Position de la Camargue et de la Crau différence d' ET 2001 - 2007 (mm)

Evapotranspiration (ET) de 2001 à 2009 (données satellitaires) rizières coussoul incertitudes 900 – 1200 mm 300 – 400 mm

Evolution de l'évapotranspiration journalière : satellite / in situ

Transferts dans les sols  caillouteux, hétérogènes, consolidés... Expérimentations locales (depuis 2010) - domaine du Merle près de Salon (coussouls et prairies) - carrière de la Ménudelle près de Fos (coussouls) cf. posters de Ma et al. et de Branquinho et al. Travaux en cours ......... Suivi d'infiltration après irrigation ou simulation de pluie - méthodes géophysiques (tomographie électrique... -> profils 2D !! - traçage coloré - mesures d'humidité (gravimétrie... - détermination des propriétés physiques des sols liées aux transferts hydriques... Modélisations des transferts hydriques test en milieu hétérogène (cailloux, zones de transferts préférentiels, zones d'accumulation....

Transferts dans les sols  Profil de résistivité électrique 0 m + 4 min 1 m + 11 min + 44 min + 96 min front d'infiltration

Modélisation du drainage --> recharge de la nappe cartes : parcellaire, itinéraires techniques propriétés des sols climat multisimlib modèles simplifiés de transfert production agricole drainage évapotranspiration parcellaire occupation du sol carte de rendement des prairies irriguées par parcelle (5863 parcelles pour 14920 ha)

Modélisation du drainage --> recharge de la nappe 2001 – 2010  changement climat  2025 - 2035 Pluie augmente au printemps, baisse en automne et en hiver (presque constant sur l'année) ET augmente (lié aux températures et au rayonnement solaire) Irrigation augmente, pour compenser les variations de pluviométrie et d'ET Drainage constant sur prairie, baisse sur coussouls, augmente sur grandes cultures d'été...

Modélisation du drainage --> recharge de la nappe 2001 – 2010  2025 - 2035 (différence 2020 – 2005) - augmentation des surfaces urbaines (14%) - baisse de 30% de l'eau disponible (allongement des tours d'eau) - changement climat

Conclusion Travaux initiés en 2008, ayant pris de l'ampleur depuis 2010 Mise en place de suivi de terrain et par télédétection -> croissance des plantes -> évapotranspiration -> transferts dans les sols -> suivi de la nappe (piézométrie, traçage isotopique... -> utilisation des sols (dont pratiques... Modélisation -> aquifère en cours Développement de scénarios futurs (+ 30 ans) et analyses rétrospectives (- 60 ans) Travail en relation avec des acteurs recherches (CEREGE, UMR Geau, UMR System, Météo France, CNES... des acteurs socio-économiques (irrigants, symcrau, producteurs, canaux, CEEP... dans le cadre de différents projets - européens (SIRRIMED – FP7…) - chantier Méditerranée (Hymex, Sicmed...) -> site de référence - Astuce & Tic