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Analyser et anticiper les interactions entre climat, ressource en sol et en eau, qualité des écosystèmes aquatiques

(Projet Climaster)

D. Delahaye, C. Gascuel-OdouxAvec les contributions :

VR 1 : Climat (Olivier Planchon)VR 2 : Climat et pratiques agricoles (A. Joannon, S. Corgne)VR 3 : Climat et ressources naturelles (D. Delahaye, C. Gascuel)VR 4 : Synthèse et transversalités (Philippe Merot)

CLIMASTER: le premier programme qui se penche sur le changement climatique dans le Grand Ouest

� Quels sont les changements climatiques � Observés dans le grand Ouest?� Prévisibles dans le futur?

� Les CC modifient ils l’agriculture? � Y-a-t-il des changements aujourd’hui?� Quelle perception par les agriculteurs?

� Les ressources en eau et en sol sont – ou seront - elles modifiées, et de quel façon? (quantité, qualité)� Eau, nitrate, COD, érosion, écosystème aquatique ?� Quelle perception par les gestionnaires de l’eau?

� Développement territorial� Quel impact sur le développement territorial?� Quels systèmes/milieux sont vulnérables? Pour quels paramètres?

Comment passer d’une connaissance globale du CC à une connaissance régionale ? (variabilité de l’adaptation)

Quels sont les déterminants climatiques dans l’évolution des ressources (potentiel d’adaptation) ?

Introduction

2 questions principales dans le cadre du projet climaster :

Atelier 2 : Identifier les échelles spatiales pertinentes pour l’appréhension des dynamiques de développement territorial

Les échelles d’analyse

Echelle globaleChangement climatique global

Scénarios climatiques

Les échelles du climat

Petite régionBassin versant de gestion

Inter-régionDésagrégation du climat

Zonage des effets : sécheresse, inondation

Petit territoirebassin versant (OREs)

Versant, profil de sol,…(OREs)

Type de temps

Analyse de données stationnelles

Topo-climat


Echelle globaleCentaines d’années

Chroniques climatiques disponiblesScénarios futur lointain

Les échelles de temps….


Inter-région DécenniesScénarios futur proche



Variation pluri-annuelle

Saisons (étiages, surplus hydrologiques…)

Evènement (horaire ou journalier)


Echelle globale Forçage climatique

Les échelles de l’activité agricole


Inter-région Capacité d’adaptation des systèmes de production



Evolution de la qualité des hydrosystèmes (érosion des sols, qualité des eaux, zones humides)

Scénarios prospectifs territorialisés. Climat * milieu (RU, aléa érosion)

Réserve utile, stock carbone, jours agronomiquement disponibles…

Quelques exemples…

� Echelle globale…� Centrée sur le climat passé� Les modèles de circulations climatiques

Obs. actuelles (1976-2000)

2076-2100 (scénario A1Fi) 2076-2100 (scénario A2)

2076-2100 (scénario B1) 2076-2100 (scénario B2)

Classification de Köppen : Europe Occidentale(d’après Kottek et al., 2006, in Dubreuil et al., 2010)

Csa

Csb

Csa

Csb

CfbCfb

O. Planchon, COSTEL, UMR 6554

D.E. à Rennes : cumul annuel , moyenne mobile (5 ans) et droite de tendance

0,0

100,0

200,0

300,0400,0

500,0

600,0

700,0

1950

1955

1960

1965

1970

1975

1980

1985

1990

1995

2000

2005

2010

2015

2020

2025

2030

2035

2040

2045

2050

2055

2060

2065

2070

2075

2080

2085

2090

2095

Le déficit d’évaporation estimé d’après les simulations du climat de Rennes selon le scénario

A1B

De 1950 à 2050 : 7 ans où D.E. > 400 mm

De 2050 à 2100 : 1 an sur 2-3

Médiane D.E. (1950-2050) : 211 mm

Médiane D.E. (2050-2100) : 416 mm

LAMY & DUBREUIL, 2010

O. Planchon, COSTEL, UMR 6554


� Echelle globale…� Echelle de l’inter-région

� Couplage climat – milieu – végétation� Passé récent, futur proche

RPIR

RPIRNDVIρρρρ

+−=

Teneur en pigments foliairesStructure des couverts végétaux

(Normalized Difference Vegetation Index)

R PIR

Les indices accessibles avec MODIS

H. Nicolas, UMR SAS, Rennes

Evaluer spatialement les conséquences des CC sur l’état hydrique de surface à l’échelle régionale : Exemple de la vague de chaleur de 2003

NDVI 2003 NDVI 2007

NDVI résolution 250m –Année 2003 (temp. Max estivale) / année 2007 (tempé rature min. estivale)Moyenne journalière sur la période 5-12 août.

InterRégion

Bassin versant du Scorff

(NDVI 2007–NDVI 2003) / NDVI 2007H. Nicolas, UMR SAS, Rennes

Quelques exemples…� Echelle globale…� Echelle de l’inter-région� Echelle du territoire – département bassin versant de gestion – écosystème aquatique� Couplage climat – végétation – ressource� Scénario climatiques –

� Passé récent futur proche, futur lointain� Analyse des séries de données

� Ex : COD, nitrate,…� Modélisation

� Aléa érosion, extension des Zones humides

0

2

4

6

8

10

12

14

16

RETENUE D

U COSTO

UR

RETENUE D

U MOULIN

DE K

ERHUON

BARRAGE DE

TREGAT

RETENUE D

E BRUNEC

ETANG B

LEU DE P

AIMPONT

RETENUE D

E KERATR

Y

RETENUE D

E PENALEN

RETENUE D

U QUIN

CAMPOIS

RETENUE D

E PORAON

RETENUE D

E KERLE

GUER

BARRAGE DE T

REAURAY

RETENUE D

E BRIN

GALL

RETENUE D

E KERMORVAN

ETANG D

E PEN

-MUR

RETENUE D

E LA C

HEZELE

GOUET

L'ARGUENON A

PLE

VEN

RETENUE D

E LA V

ALIERE

RETENUE D

U GUIC

ETANG D

E MEZO

UET

RETENUE D

E ROPHEMEL

ETANG D

E LANDAL

BARRAGE PONT

RUFFIE

R SUR G

UINEFO

RT

RETENUE D

E PONT

AVET

RETENUE D

E BANNIG

UEL

ETANG D

E SAIN

TE SUZA

NNE

BARRAGE DE P

ONT SAL

LE G

OUESSANT

ETANG D

U RHODOIR

LE B

LAVE

T

ETANG D

E NOYA

LO

BARRAGE DU V

AL SUR LE

GUIN

EFORT

RETENUE D

E BEAUFO

RT

RETENUE D

E MIR

ELOUP

RETENUE D

E LAN V

IHAN

BretagneCaptages en retenue

Concentration moyenne en COT

2007-2008

0

2

4

6

8

10

12

14

16

RETENUE D

U COSTO

UR

RETENUE D

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TREGAT

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RETENUE D

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U RHODOIR

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ETANG D

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GUIN

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RETENUE D

E BEAUFO

RT

RETENUE D

E MIR

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RETENUE D

E LAN V

IHAN

BretagneCaptages en retenue


2007-2008

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

RETENUE D

E L'ANGLE

GUIG

NARD

RETENUE D

U ROCHEREAU

RETENUE D

E MERVENT

RIVIE

RE LA SEVRE N

ANTAIS

E

RETENUE D

E LA B

ULTIE

RE

ETANG D

ES F

ORGES

RETENUE D

E ST V

INCENT

RETENUE D

E MOULIN

PAPON

RETENUE D

U MARILL

ET

BARRAGE DE R

IBOU

RETENUE D

U JAUNAY

RETENUE D

E LA V

OURAIE

RETENUE D

E FIN

FARIN

E

RETENUE D

'APREMONT

ETANG D

E SANDUN G

UERANDE

ETANG D

ES GATI

NEAUX Pays de Loire

Captages en retenue

2007-2008


0

2

4

6

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10

12

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16

18

RETENUE D

E L'ANGLE

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RETENUE D

U ROCHEREAU

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E SANDUN G

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ETANG D

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NEAUX Pays de Loire

Captages en retenue

2007-2008


Limite réglementaire

Limite réglementaire

Mise en évidence d'une très forte variabilité spatiale actuelle de la contamination àl'échelle des Régions Bretagne et Pays de Loire (de 2 à 14 mg/L par litre de COT en concentration moyenne annuelle)

Variabilité et trajectoires d'évolution de la teneur en matières organiques (MO) des eaux superficielles

G. Gruau, UMR CNRS-Géosciences Rennes

Mise en évidence de trajectoires temporelles à la hausse mais aussi de trajectoires temporelles stables et/ou à la baisse

32%

50%

18%

Hausse Baisse Stable

47%

34%

18% Rivières Retenues

Repositionnement du problèmeLa question n'est pas tant d'expliquer les tendances à la hausse que la coexistence de tendances à la baisse, stable et à la hausseInteraction de facteurs globaux (climat?) et locaux (pratiques agricoles?)

Tendances long terme (≈150 masse d'eau)

Alea Erosion. Confrontation des modèles existants pour développer une expertise inter-régionale de l’aléa érosion

Le Gouée et al., 2010


� Echelle globale…� Echelle de l’inter-région� Echelle du territoire – département bassin versant de gestion – écosystème aquatique

� Echelle du petit bassin versant� Connectivité des paysages� Interaction processus de transfert et climat� Déterminants climatiques� Indentification de leur fréquence dans les séries

Etudes expérimentales des

transferts sédimentaires

Diagnostic à l’échelle des

bassins versants

Origine des sédiments ? Modes de transferts des sédiments ?Incidence du climat sur les transferts ?

Novembre DécembreHauteur d’eau (cm)

Dynamiques des transferts hydro-sédimentaires dans les petits bassins versants

C. Grimaldi, V. Viel, D. Delahaye

fonction de production ou de disponibilité

fonction de transport

QMES(t) = ai [Q(t) – Qci] bi . φφφφi(t)

07/07/2008

16:00 18:00 20:00 22:00 00:00

Discharge L s -1

0

100

200

300

400

SS

flux

mg

s-10

200

400

600

800

DischargeMeasured SS fluxSimulated SS flux from sediment resuspension

Stock de sédiments non limitant (3.6 tonnes exportées)

80% des transferts en période de crues

Export global : 318 T (24,5 T.Km-²)

40% des transferts durant 15 jours

Des bilans, des modèles

Quelques exemples…� Echelle globale…� Echelle de l’inter-région� Echelle du territoire – département bassin versant de gestion – écosystème aquatique

� Echelle du petit bassin versant� Echelle du profil de sol, du versant, de l’exploitation

� Couplage climat – ressource ou climat - agriculture� Ex. Stock de carbone dans le sol – jours disponibles� Échantillons de petite taille décortiquer pour analyser finement ce qui fait climat dans l’évolution des pratiques

Plan factoriel complet croisant 3 facteurs� 3 climats : Ille-et-Vilaine, Indre-et-Loire, Hérault� 14 sols (hydromorphie, teneur en argile, SC initial)� 5 niveaux d’entrée de C (forêt, prairies, rotation prairie- culture, vigne)

Simulations sur 200 ans

Variation des SC [0 - 30cm]

0 10 20 30 40 50

Entrée C

Sol

Climat

Climat*sol

Climat*entrée C

Sol*entrée C

Climat*sol*entrée C

Indice de sensibilité (%)

indice de sensibilité

Sensibilité des stocks de surface (0-30cm) au climat, sol et entrée variation des SC totaux

0 10 20 30 40 50

Climat*sol

Entrée C

Climat

Climat*sol*entrée C

Sol

Climat*entrée C

Sol*entrée C

Indice de sensibilité (%)

Indice de sensibilité

Sensibilité des stocks totaux au climat, sol et entrée

• Importance du climat sur l’évolution des stocks de C

• Sensibilité différente des stocks de surface et des stocks totaux

Calcul d’un indice de sensibilité

Evolution des stocks de carbone dans les sols en fonction des scénarios climatiques

Stock de C de surface (0-30cm) Stock de C total (profil)

V. Viaud, UMR SAS, Rennes

Changements climatiques et jours agronomiquement disponiblesDéfinition, enjeux et méthode

� Jours agronomiquement disponibles (JAD) = possibilité de réaliser une opération culturale en fonction :

• de l’humidité du sol, dépendant en particulier des précipitations et des températures• des conditions climatiques du jour et des jours à venir

� Les JAD son fortement dépendants :• du type de sol (texture, matière organique) et de sa structure• du climat �� quel impact potentiel du changement climatique

� Une modification des JAD peut entraîner des changement dans l’organisation du travail et dans le système d’exploitation (modification des assolements, du système d’alimentation)

A. Joannon, INRA SAD-Paysage

Exemple de variabilité des JAD en fonction des conditions climatiques

Jours disponibles

Jours à risque

Jours non disponibles

Enregistrements de 3 agriculteursSecteur de FougèresSeptembre et octobre : 76 mm

Enregistrements de 2 agriculteursSecteur de CarhaixSeptembre et octobre : 144 mm

Nombres de jours

0

18

36Jours disponibles : du 21/09/09 au 26/10/09 A. Joannon, INRA SAD-Paysage

Evaluations des changements de pratiques en cours dans les exploitations agricoles et prospectives / Perception du changement climatique par les agriculteurs

Claudine Thenail (SAD Paysage) - Françoise Vertès (UMR SAS)

Vers des observatoires trans-échelles et diachroniques

(1) Identification et spatialisation des changements de pratiques agricoles àpartir de séries d'images satellitaires sur le Grand Ouest

(2) Elaboration d’indicateurs de changement de pratiques culturales (% de couvert végétal sur la SAU, ratio céréales/prairies)

(3) Analyse des relations entre (1) les indicateurs de changement de pratiques et les variables climatiques et (2) les enquêtes et statistiques agricoles

2010

2000

Données acquises et produites pour la période 2000-2010

Identification et spatialisation des changements de pratiques agricoles à partir de séries d'images satellitaires sur le Grand Ouest

S. Corgne, COSTEL, UMR 6554

Occurrence des sols nus à peu couverts de 2000 à 2006

Sols nus à peu couverts consécutifs de 2000 à 2006

Identification et spatialisation des changements de pratiques agricoles à partir de séries d'images satellitaires sur le Grand Ouest

relief � RG solaire spatialisé + Formule de Turc adaptée � ETp spatialisée

SpatialisationP (l’offre)

spatialisation ETp(la demande)

SpatialisationRU(la réserve)

Résultats sur le bassin de Lingèvres

Moy. Hiver (91/01) Hiver 2100

Printemps Printemps 2100

Été Été 2100

Automne Automne 2100

Sensibilité équivalente Sensibilité équivalente

Sensibilité équivalente

Modélisation de l’Aléa Erosion à l’échelle de la parcelleProjection Scénario 1B du GIEC

A. Goulet, P. Le Gouée, D. Delahaye

Les verrous� Difficulté d’élaborer des scénarios agricoles prospectifs (Capacité d’adaptation).

� Difficulté de prévoir les impacts quand les modèles sont inexistants, ou avec une forte incertitude (MES).

� Incertitudes des scénario climatiques (notamment pour les pas de temps fins et le futur lointain).

Les atouts de l’information spatio-temporelle

� Les outils incontournables de la télédétection (visibilité de inter-région)

� Les observatoires qui s’inscrivent dans le temps permettent d’élaborer des modèles aptes à une transposition.

� Des outils d’aménagement (modèles, simulateurs et des scénarios spatio-temporels). Outils de sensibilisation pour compenser la faible perception du CC.

analyser et anticiper les interactions entre climat ... · les échelles d’analyse echelle...

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