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L'eau à découvert

 | 
Agathe Euzen
, 
Catherine Jeandel
, 
Rémy Mosseri

Troisième partie. Eau et milieu

31. Les observatoires de l’eau terrestre

Jérôme Gaillardet et Vincent Bretagnolle

Texte intégral

1Nous vivons sur un milieu poreux, une sorte d’éponge instable peuplée d’êtres vivants microscopiques et macroscopiques (cf. II.20) et dans laquelle circule de l’eau. Devant les menaces qui pèsent sur cette ressource critique pour l’humanité, des observatoires se sont mis en place à l’échelle mondiale, dont le rôle est de surveiller l’évolution de l’eau sur le court ou le long terme et de permettre aux chercheurs de comprendre les mécanismes élémentaires (et leurs constantes de temps caractéristiques), qui contrôlent à la fois les flux et la qualité (physique, chimique, biologique) de l’eau. Ces observatoires sont de véritables « laboratoires » de terrain, dans lesquels les chercheurs examinent la réponse à des changements des paramètres physiques (le climat), chimiques (les intrants agricoles), biologiques (la biodiversité) ou sociétaux (les usages).

2À ce jour, les modèles théoriques permettant de prévoir à la fois la quantité et la qualité de l’eau à l’échelle d’un territoire en réponse à des forçages sont balbutiants. L’enjeu est donc de comprendre comment, de l’échelle d’une parcelle agricole à celle du bassin amazonien, par exemple, les différents paramètres biotiques* et abiotiques* se combinent pour contrôler les termes du bilan hydrologique (évapo-transpiration, infiltration, écoulement) et la qualité de l’eau, qu’elle soit profonde (nappes) ou de surface (rivières, marais, lacs) (cf. V.7). Ces modèles sont, par définition, des modèles de « transport-réactif », c’est-à-dire que la phase* solide avec laquelle l’eau des précipitations entre en contact, réagit elle-même, ou échange avec cette eau, dont la qualité évolue au cours de son mouvement.

Les observables

3Les modèles sont calibrés par des données réelles ; dans le monde entier, des observatoires de recherche de l’eau se sont mis en place. Ils ont la particularité de ne pas se borner à la mesure unique du débit d’un fleuve ou du niveau d’une nappe, mais composent avec un ensemble d’observables connexes concernant le sol, la végétation, la météorologie, les pratiques agricoles ou forestières. La parcelle, le bassin versant* élémentaire (du km2) ou de grande superficie sont les territoires qui sont instrumentés et dont les observables vont nourrir des bases de données interopérables. La comparaison des données d’observatoires de l’eau, sous réserve qu’elles soient représentatives, étalées le long de gradients climatiques, lithologiques et d’occupation des sols, permet de tester les modèles théoriques. Les observables sont le débit des rivières, leur composition chimique, leur turbidité*, les paramètres climatiques (température, luminosité, vent, précipitations), l’eau des sols échantillonnée grâce à des « piézomètres* » ou des « lysimètres* », dans le meilleur des cas à diverses profondeurs, les eaux de nappes qui peuvent aller jusqu’à des profondeurs de plusieurs dizaines de mètres, les paramètres d’occupation des sols et, enfin, la biodiversité. Les périodes d’observation vont de la journée à la décade. Seule une observation sur le long terme et avec une résolution adéquate permet de capturer l’ensemble des mécanismes qui contrôlent le volume et la qualité de l’eau. Les instruments de mesure vont du simple capteur de pression à des sondes mesurant en continu la conductivité, la température ou la turbidité de l’eau. Les progrès instrumentaux sont dans ce domaine, comme dans tous les domaines scientifiques, cruciaux pour appréhender le fonctionnement du système eau-sol-plante-société. Ils évoluent dans le sens de la miniaturisation et de l’acquisition en temps réel.

Fig. 1 – Rivière de Bras David surveillée dans le cadre de l'Observatoire de l'Eau et de l'Érosion (ObsErA) aux Antilles. © C. Dessert

Le réseau des observatoires

4En France, de nombreux observatoires ont vu le jour, portés par les différents organismes de recherche en environnement et regroupés en réseaux nationaux et internationaux ou par zone géographique. Ils sont motivés par des questions de recherche souvent précises, qui en justifient l’équipement. Les principaux observatoires nationaux de l’eau peuvent être déclinés selon l’échelle spatiale à laquelle ils opèrent. Le réseau H + des sites hydrogéologiques fédère des observatoires de l’eau profonde, qui mesurent et modélisent la circulation de l'eau dans les aquifères* complexes en explorant le rôle de l’hétérogénéité spatiale et temporelle sur la ressource en eau. D’autres observatoires s’intéressent à l’eau des tourbières* ou à celle des lacs alpins. Le réseau des bassins versants (réseau RBV) fédère des observatoires de bassins versants élémentaires, qu’ils soient hydrologiques, géochimiques ou agronomiques ayant pour objectif de comprendre la réponse des eaux superficielles à des sollicitations climatiques, d’utilisation ou d’occupation des terres. À l’échelle des territoires, les « zones ateliers » regroupent, sur un territoire géographique (un « anthroposystème ») les approches écologiques, hydrogéochimiques et sociales. Certaines d’entre elles sont les bassins versants des grands fleuves français (Seine, Loire, Rhône, Moselle) (cf. III.26). Ces sites d’observations à long terme permettent de comprendre les interactions entre le milieu et les sociétés, en interaction étroite avec les gestionnaires (décideurs et agences de l’eau). À plus grande échelle, enfin, les observatoires internationaux AmmaCatch et Hybam observent la variabilité hydrologique et hydrogéochimique à l’échelle de l’Afrique de l’Ouest et du bassin amazonien respectivement, en associant une forte dimension spatiale. Tous ces dispositifs sont désormais regroupés en France sous la forme de SOERE (Systèmes d’Observation et d’Expérimentation pour la Recherche en Environnement), labellisés et financés en partie par Allenvi (Alliance nationale de recherche pour l’environnement). Au niveau international, la nécessité d’obtenir des corpus de données de plus en plus multidisciplinaires et interopérables a également stimulé des initiatives européennes et mondiales, comme celle des « Critical Zone Observatories », l’une des plus récentes, qui vise une approche scientifique intégrée de cette mince pellicule de la surface de la Terre comprise entre les « roches et le ciel » dans laquelle la ressource en eau se constitue.

Fig. 2 – L’évolution des ions sulfates dans les eaux du ruisseau vosgien du Strengbach (en grande partie apportés par les pluies acides) subit des cycles et une évolution lente seulement visible grâce à l’acquisition de données sur le long terme. Source M. -C. Pierret, EOST

Bibliographie

Références bibliographiques

• Document de prospective, Surface et Interfaces Continentales 2013-2017, www.insu.cnrs.fr/node/4925, 2014.

• Site Internet des SOERE Allenvi, www.allenvi.fr/groupes-transversaux/infrastructures-de-recherche/les-soere2/liste-des-soere.

Table des illustrations

Légende Fig. 1 – Rivière de Bras David surveillée dans le cadre de l'Observatoire de l'Eau et de l'Érosion (ObsErA) aux Antilles. © C. Dessert
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/9921/img-1.jpg
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Légende Fig. 2 – L’évolution des ions sulfates dans les eaux du ruisseau vosgien du Strengbach (en grande partie apportés par les pluies acides) subit des cycles et une évolution lente seulement visible grâce à l’acquisition de données sur le long terme. Source M. -C. Pierret, EOST
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/9921/img-2.jpg
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Auteurs

Écologue et Biologiste de la conservation, Directeur de recherche au CNRS, Directeur du CEBC, Beauvoir-sur-Niort, p. 154.
breta@cebc.cnrs.fr

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