Soutenance de thèse – Doctorat Interface Nature-Sociétés Yohann BENMALEK La confrontation entre les besoins et les ressources en eau en moyenne montagne cristalline Directeur de thèse : M. Bernard ETLICHER Soutenance de thèse – Doctorat Interface Nature-Sociétés 7 décembre 2009 Site Tréfilerie – Bâtiment G – Salle du Conseil

Sommaire de la présentation Introduction : une question géographique Méthodologie d’étude I La ressource en eau II Les besoins en eau III Le rapport entre besoins et ressources en eau IV Les crises Conclusion et perspectives I II III IV

Introduction : une question géographique

Le cadre géographique 92 communes. Période étudiée : 1971-2009 Territoire de moyenne montagne Densités faibles Occupation du sol dominante : agriculture / prairies / forêts I II III IV

Pourquoi une telle étude ? Quelle problématique ? Sécheresse et canicule de 2003. Au cœur de plusieurs disciplines. Problématique : Equilibre entre besoins et ressources en eau ? Déséquilibres ? Probabilités ? Durée ? Lieux ? I II III IV

Méthodologie d’étude

Méthodologie d’étude Des données climatologiques au bilan hydrique OBJECTIF : La ressource en eau permet-elle de satisfaire les besoins en eau sur le territoire d’étude ? Si oui, à quelle période ? Sur tout le territoire ? L’outil de réponse est le Bilan Hydrique. Comment construire cet outil ? Méthodologie d’étude Des données climatologiques au bilan hydrique I II III IV

Méthodologie d’étude La méthode de construction des cartes de températures et de précipitations Résidu « positif » I Résidu « négatif » II III IV Carte des températures - Juin 2003 Droite de régression calculée à partir des données météorologiques et de l’altitude Juin 2003 (Source : Météo-France) - TEMPERATURES Localisation des stations météorologiques – Juin 2003 (Source : Météo-France) TEMPERATURES Carte des résidus - Juin 2003 - TEMPERATURES

Méthodologie d’étude La méthode de construction des cartes de températures et de précipitations Résidu « positif » I II III IV Résidu « négatif » Carte des précipitations - Juin 2003 Droite de régression calculée à partir des données météorologiques et de l’altitude Juin 2003 (Source : Météo-France) - PRECIPITATIONS Localisation des stations météorologiques – Juin 2003 (Source : Météo-France) PRECIPITATIONS Carte des résidus - Juin 2003 - PRECIPITATIONS

Première partie : La ressource en eau

I. La ressource en eau Les précipitations II III Les précipitations s’échelonnent de 606,3 mm à 1267,15 mm. Les bassins du Puy-en-Velay, de Monistrol-sur-Loire sont les moins arrosés et ont des valeurs comparables à Saint-Etienne. Sur les reliefs les plus élevés, tels le Grand Felletin, le Meygal, le Lizieux et le Mont Mézenc, les valeurs de pluviométrie correspondent aux valeurs obtenues sur le Massif du Pilat. Les vallées du Gier et de la Loire sont les moins alimentées. Les précipitations augmentent avec l’altitude de manière régulière, grâce aux influences océaniques. Les masses d’air venues de la Méditerranée peuvent apporter des quantités d’eau très importantes. IV Précipitations moyennes annuelles – 1971-2000 (Source : Météo-France)

I. La ressource en eau Les températures II III Les ¾ du territoire (74,9 %) sont soumis à une température moyenne annuelle inférieure à 10°C. Une très grande partie du Bassin versant du Gier, le plateau pélussinois, la basse Vallée de la Déôme et la Vallée de la Loire connaissent des températures moyennes annuelles supérieures à 10°C. Les températures les plus basses sont relevées sur le Massif du Pilat, la Chaîne des Boutières et le Massif du Meygal. L’altitude commande donc très bien la variation des températures moyennes annuelles. IV Températures moyennes annuelles – 1971-2000 (Source : Météo-France)

I. La ressource en eau Evolution de la Réserve Utile au cours de l’année hydrologique II III Les ¾ du territoire (74,9 %) sont soumis à une température moyenne annuelle inférieure à 10°C. Une très grande partie du Bassin versant du Gier, le plateau pélussinois, la basse Vallée de la Déôme et la Vallée de la Loire connaissent des températures moyennes annuelles supérieures à 10°C. Les températures les plus basses sont relevées sur le Massif du Pilat, la Chaîne des Boutières et le Massif du Meygal. L’altitude commande donc très bien la variation des températures moyennes annuelles. IV Etat de la R.U. en novembre (1971-2000) Etat de la R.U. en octobre (1971-2000) Etat de la R.U. en mai (1971-2000) Etat de la R.U. en juin (1971-2000) Etat de la R.U. en juillet (1971-2000) Etat de la R.U. en août (1971-2000) Etat de la R.U. en septembre (1971-2000)

I. La ressource en eau Bilan hydrique par bassin versant II III Grâce aux points relevés à l’aide de la tarière et à la carte pédologique issue de l’Atlas du P.N.R. du Pilat, nous avons pu déterminer une valeur moyenne de R.U. : 80 mm. Avec 1 067,2 mm de précipitations reçues pendant l’année, le Bassin versant de l’Ecotay à Marlhes est bien arrosé. Le Déficit Climatique n’est relevé que le mois de juillet. Il est de 39,1 mm. Les valeurs d’E.T.P. annuelles sont assez faibles. La R.U. est saturée pendant les mois de novembre à mai. Il y a Déficit Hydrique seulement pendant le mois de juillet, sur le secteur nord-est du bassin versant, où la R.U. ne peut être supérieure à 20 mm. IV

I. La ressource en eau Bilan Période « normale » = Ressource en eau assurée sur tous les bassins versants. Eté : Réserve Utile entamée mais jamais épuisée Températures plus élevées E.T.R. proche de E.T.P. I II III IV

Deuxième partie : Les besoins en eau

II. Les besoins en eau La végétation du Parc Naturel Régional du Pilat III 3 secteurs peuvent être différenciés : Les besoins en eau sur la partie orientale du P.N.R. n’excèdent pas 500 mm. La pluviométrie est suffisante pour apporter assez d’eau au cours de l’année mais il s’agit d’une région soumise à une évapotranspiration relativement élevée. Les besoins en eau sur les hauts plateaux du Pilat atteignent entre 800 et 1000 mm au cours de l’année. L’espace est partagé entre prairies et forêts, de conifères essentiellement. Les besoins en eau sont suffisants au regard des précipitations mais insuffisants au vu du bilan climatique sur ces régions. L’évapotranspiration est moins importante que sur la frange orientale du Parc Naturel Régional. Sur le versant nord du Massif du Pilat, les besoins en eau de la végétation sont plus importants et dépassent localement 1 000 mm. La pluviométrie est insuffisante pour satisfaire les besoins en eau de la végétation. La comparaison entre le bilan climatique et les besoins en eau traduit une insuffisance nette. IV Besoins en eau de la végétation du Parc Naturel Régional du Pilat

II. Les besoins en eau L’industrie Valeurs en m3 : I II III 3 secteurs peuvent être différenciés : Les besoins en eau sur la partie orientale du P.N.R. n’excèdent pas 500 mm. La pluviométrie est suffisante pour apporter assez d’eau au cours de l’année mais il s’agit d’une région soumise à une évapotranspiration relativement élevée. Les besoins en eau sur les hauts plateaux du Pilat atteignent entre 800 et 1000 mm au cours de l’année. L’espace est partagé entre prairies et forêts, de conifères essentiellement. Les besoins en eau sont suffisants au regard des précipitations mais insuffisants au vu du bilan climatique sur ces régions. L’évapotranspiration est moins importante que sur la frange orientale du Parc Naturel Régional. Sur le versant nord du Massif du Pilat, les besoins en eau de la végétation sont plus importants et dépassent localement 1 000 mm. La pluviométrie est insuffisante pour satisfaire les besoins en eau de la végétation. La comparaison entre le bilan climatique et les besoins en eau traduit une insuffisance nette. IV Prélèvements industriels en m3 en 2005

II. Les besoins en eau L’évolution de la population III IV Nombre d’habitants par commune en 2006 (I.N.S.E.E.) Evolution de la population 1999 – 2006 (I.N.S.E.E.)

II. Les besoins en eau Bilan La végétation : besoins très variables Industrie : prélèvements ponctuels importants Vallées du Furan, du Gier, de la Semène Alimentation en Eau Potable : Besoins importants sur les vallées du Furan et du Gier En déclin démographique Hausse de la population sur les autres secteurs Enjeux actuels et futurs I II III IV

Troisième partie : Le rapport entre besoins et ressources en eau

III. Le rapport besoins / ressources La végétation du Parc Naturel Régional du Pilat 3 secteurs peuvent être différenciés : Les besoins en eau sur la partie orientale du P.N.R. n’excèdent pas 500 mm. La pluviométrie est suffisante pour apporter assez d’eau au cours de l’année mais il s’agit d’une région soumise à une évapotranspiration relativement élevée. Les besoins en eau sur les hauts plateaux du Pilat atteignent entre 800 et 1000 mm au cours de l’année. L’espace est partagé entre prairies et forêts, de conifères essentiellement. Les besoins en eau sont suffisants au regard des précipitations mais insuffisants au vu du bilan climatique sur ces régions. L’évapotranspiration est moins importante que sur la frange orientale du Parc Naturel Régional. Sur le versant nord du Massif du Pilat, les besoins en eau de la végétation sont plus importants et dépassent localement 1 000 mm. La pluviométrie est insuffisante pour satisfaire les besoins en eau de la végétation. La comparaison entre le bilan climatique et les besoins en eau traduit une insuffisance nette. IV Rapport Bilan Climatique (P-ETP) / Besoins en eau Rapport Précipitations annuelles / Besoins en eau

III. Le rapport besoins / ressources Disponibilité de l’eau en 2006 La disponibilité de l’eau par commune et par habitant en 2006 a été déterminée en effectuant le rapport entre la quantité d’eau précipitée par commune par an durant la période 1971-2000 et le nombre d’habitants de la commune lors du dernier recensement de l’I.N.S.E.E. D’après J. MARGAT, les habitants se retrouvent en dessous du seuil de pénurie en eau lorsqu’ils disposent de moins de 500 m3 par an et par personne. Ils se situent en deçà du seuil de pauvreté en eau lorsqu’ils disposent de moins de 1 000 m3 par an et par personne. Sur le territoire d’étude, les communes les plus proches du Département de l’Ardèche sont les mieux pourvues en eau. Elles se situent sur des terrains élevés et les populations des communes sont faibles, en raison de la distance aux réseaux de communication. Saint-Etienne et les communes de la Vallée du Gier, peu étendues mais assez peuplées se retrouvent dans une situation de « pauvreté » et parfois de « pénurie ». Peu de communes sont toutefois concernées par cette situation délicate. IV Disponibilité en eau en mètre cube par habitant

Consommation de l’eau potable (2000 à 2004) III. Le rapport besoins / ressources Prix de l’eau – Consommation de l’eau potable Prix TTC de l’eau sur 31 communes : De 0,76 € à 3,98 € Facteurs d’évolution du prix de l’eau : l’état du réseau Taux de rendement de 63 à 89 % en 2003 les nécessités d’intervention sur le réseau d’alimentation en eau potable le mode de gestion I II III IV Consommation de l’eau potable (2000 à 2004) Données de référence sur 58 communes

III. Le rapport besoins / ressources Bilan Précipitations > Besoins en eau sauf sur le versant nord du Massif du Pilat Prix de l’eau très variable Etat inégal du réseau d’Alimentation en Eau Potable Consommation de l’eau potable souvent < 150 litres par jour et par personne I II III IV

Quatrième partie : Les crises

IV. Les crises 3 types de sécheresses Cadre géographique : station, bassin versant ou territoire d’étude P (mm) A l’échelle d’une année Total précipitations annuelles (mm) / 12 (Rapport au mois) Comparé à Température moyenne annuelle (°C) I A l’échelle d’un mois Total précipitations mensuelles (mm) Comparé à Température moyenne mensuelle (°C) 4 x T (°C) Sécheresse météorologique II P (mm) III 3 x T (°C) Sécheresse pédologique P (mm) IV 2 x T (°C) Sécheresse hydrologique P (mm) Exemple : il est tombé 40 mm en un mois… Exemple : il est tombé 600 mm en une année…

IV. Les crises Quels secteurs à risques ? Secteurs les plus bas Températures plus élevées Précipitations plus faibles Ruisseaux des ravins rhodaniens à sec en été I II III IV Sécheresse météorologique – Eté (1971-2000) Sécheresse pédologique – Eté (1971-2000) Sécheresse hydrologique – Eté (1971-2000)

IV. Les crises Comment déterminer les probabilités d’occurrence de la sécheresse ? Précipitations décennales et centennales 11 stations de référence – Période « normale » 1971-2000 Loi normale Calcul des probabilités 0,1 et 0,01 Méthode inspirée de la méthode AURELHY I II III IV

IV. Les crises Les précipitations décennales II III Le rapport entre les précipitations décennales les plus élevées et les plus faibles est de 1 à 2 sur l’ensemble du territoire d’étude. En deçà de 500 mm de précipitations, les communes des Vallées de la Loire et du Rhône reçoivent un total pluviométrique probablement insuffisant. Les sommets les plus élevés, très peu cultivés, peuvent se contenter de totaux légèrement inférieurs à 1000 mm. Les territoires concernés par une sécheresse météorologique en cas de précipitations annuelles décennales se situent uniquement sur la Vallée de la Loire et à Saint-Pierre-de-Bœuf. IV Précipitations décennales (1971-2000)

Précipitations décennales – Besoins en eau (P.N.R. du Pilat) IV. Les crises Précipitations décennales et besoins en eau de la végétation I II III Lorsque l’on compare les précipitations décennales et les besoins annuels de la végétation sur le P.N.R. du Pilat, nous pouvons constater que les besoins sont globalement satisfaits. C’est surtout le cas sur le Massif du Pilat proprement dit et sur les hauts plateaux occidentaux. Le déficit est le plus important sur la frange nord-ouest du massif. Il s’agit d’une hypothèse à l’explication des nombreux incendies qui s’y déclenchent à l’occasion des épisodes de sécheresse. IV Précipitations décennales – Besoins en eau (P.N.R. du Pilat)

IV. Les crises Précipitations décennales et disponibilité en eau II III Dans le cadre de précipitations décennales, il n’y a pas de modification sensible par rapport à la disponibilité en eau par habitant en situation normale. La situation est valable tant en 2006 qu’en 2020. C’est donc essentiellement la population et la superficie de la commune qui déterminent le volume d’eau disponible par habitant. IV Disponibilité en eau en mètre cube par habitant (2006) Disponibilité en eau en mètre cube par habitant (2020)

IV. Les crises Précipitations centennales et risques de sécheresses II III La pluviométrie n’atteint pas 770 mm sur les surfaces sommitales, ce qui correspond habituellement à des précipitations reçues à environ 600 mètres d’altitude sur ce territoire. La sécheresse ne serait pas catastrophique sur l’ensemble du territoire. Les secteurs les plus bas seraient touchés : Vallée de la Loire, basse Vallée du Gier et Vallée du Rhône. La sécheresse qui s’étend sur une ou plusieurs saisons peut donc être plus intense et plus grave qu’à l’échelle d’une année. Aucune zone n’est concernée par une sécheresse pédologique ou agronomique dans le cas de précipitations centennales. IV Précipitations centennales Sécheresse météorologique Sécheresse hydrologique Sécheresse pédologique

Précipitations centennales – Besoins en eau (P.N.R. du Pilat) IV. Les crises Précipitations centennales et besoins en eau de la végétation I II III Si des précipitations annuelles centennales se produisent sur le territoire du P.N.R. du Pilat, les besoins en eau de la végétation ne seront pas satisfaits. Le déficit peut s’étendre à 512 mm. Comme dans le cas de précipitations décennales, la partie nord du massif est la plus déficitaire en eau. Les territoires du bassin versant du Rhône et des plateaux occidentaux du Pilat sont un peu plus à l’abri. IV Précipitations centennales – Besoins en eau (P.N.R. du Pilat)

IV. Les crises Conclusion Equilibre menacé localement et temporairement par la sécheresse Prise de conscience nécessaire de tous Bonne connaissance des niveaux d’intervention Bulletins de Situations Hydrologiques Niveaux Nappes : peu dans la région Réservoirs Retenues artificielles Etat des réseaux I II III IV

Conclusion et perspectives

Un équilibre menacé ? Besoins différents selon les usagers Niveaux de connaissance variables Equilibre entre besoins et ressources en eau rarement menacé. Enjeu sanitaire Pollution des sols ? Exploitation minière ancienne Pollution diffuse Rejets des stations d’épuration ? I II III IV

La prévision des crises est délicate Ecoulement déficitaire = limitation de l’usage de l’eau Ecoulement seul critère de décision ? Quelle coordination entre les acteurs ? Comment prévoir la sécheresse ? Durée ? Etendue spatiale ? I II III IV

Pistes Application à d’autres domaines de moyenne montagne cristalline Plusieurs domaines climatiques ? Prise en compte d’autres paramètres ? Energie solaire Cycle de l’eau Infiltration / Intensité des précipitations Ruissellement / Pente Eaux souterraines Mesures à la parcelle ? Objectif : Modélisation I II III IV

Merci de votre attention