Chapitre 6 - Les bases de données sur les ressources en eau en France
p. 105-116
Texte intégral
1La gestion intégrée de l’eau dans les bassins versants nécessite une connaissance fine du fonctionnement hydrologique (conditions de transfert et de stockage de l’eau dans les différents compartiments du bassin, sol, aquifère, cours d’eau) et des usages anthropiques de cette eau (prélèvements, restitution). Il est donc indispensable de collecter et de mettre à disposition un maximum de données sur la ressource en eau à des échelles spatiales et temporelles utiles pour la gestion.
Présentation des bases de données et du système d’information sur l’eau
2En France, les données sur l’eau du secteur public sont partagées et mises à disposition à partir d’un dispositif créé par l’État appelé « système d’information sur l’eau » (SIE), qui rassemble les différentes bases de données. Ce système est organisé autour d’un référentiel de données, le service d’administration nationale des données et référentiels sur l’eau (SANDRE) permettant d’assurer l’interopérabilité des données.
3Ce chapitre présente les objectifs du système d’information sur l’eau, son fonctionnement et les principales banques de données sur l’eau afin de définir des référentiels communs aux acteurs travaillant sur les données.
L’objectif Objectif du système d’information sur l’eau
4Le système d’information sur l’eau (SIE) est un système de données regroupant, pérennisant et diffusant les données collectées par des acteurs publics ou privés. Ces données portent sur les milieux aquatiques, la ressource en eau, ses usages, les pressions exercées sur les milieux, les réponses et zonages réglementaires, ainsi que les indicateurs de fonctionnement des services publics d’eau et d’assainissement pour la France métropolitaine et les départements d’outre-mer. L’enjeu est de coordonner l’ensemble des acteurs concernés (ministères, agences publiques, collectivités, organismes de recherche, entreprises privées, associations) pour que les données collectées et rassemblées soient de bonne qualité, enregistrées dans une banque de données sous un format partagé et mises à la disposition de tous.
5Le système d’information sur l’eau répond à l’obligation de transparence et de mise à disposition de l’information environnementale pour tous, en application de la convention d’Aarhus de 1998 et de la charte de l’environnement adossée à la Constitution.
Les banques de données du système d’information sur l’eau
6Les données du système d’information sur l’eau sont stockées dans des banques dites de référence. Le portail « www.eaufrance.fr » est le point d’accès à toutes les banques et informations relatives à l’eau et aux milieux aquatiques.
7Le tableau 6.1 liste les principales banques de données sur l’eau et les milieux aquatiques, y compris les eaux littorales. Il précise leur contenu et l’organisme administrateur. En dehors des données protégées par la loi (notamment les données personnelles, celles touchant à la sécurité publique ou aux espèces protégées), toutes les données du système d’information sur l’eau sont librement diffusées sous licence ouverte. Elles sont donc gratuitement et librement réutilisables, y compris pour des usages commerciaux. La figure 6.1 indique le volume des données produites chaque année pour alimenter les différentes banques.
Tableau 6.1. Caractéristiques des principales banques de données sur l’eau et les milieux aquatiques.
Banque de données |
Site |
Contenu |
Organisme administrateur |
Hydro |
Banque de données nationale sur l’hydrométrie, à savoir les débits et les hauteurs d’eau. |
Service central d’hydrométéorologie et d’appui à la prévision des inondations (Schapi) |
|
Sise-eau |
Site du ministère chargé de la santé |
Banque nationale sur les données de qualité des eaux destinées à la consommation humaine et des eaux de baignades |
Ministère chargé de la santé |
Ades |
Banque de données nationale sur les eaux souterraines, chimie et hauteur d’eau |
Bureau de Recherches géologiques et minières (BRGM) |
|
Naïades |
Banque de données nationale sur la qualité des rivières et des lacs (substances chimiques, espèces -poissons, macro-invertébrés, diatomées, macrophytes-, températures et hydromorphologie) |
Office français de la biodiversité |
|
Onde |
Banque de données nationale sur les étiages (observations visuelles en période estivale de l’écoulement ou non des cours d’eau en tête de bassin versant) |
Office français de la biodiversité |
|
Bnpe |
Banque de données nationale sur prélèvements quantitatifs en eau (volumes annuels prélevés sur la ressource en eau par localisation et catégorie d’usage de l’eau) |
Office français de la biodiversité |
|
Quadrige |
Banque de données nationale sur la mer et les estuaires (données biologiques, hydrologiques et biochimiques ; données sur les récifs et mangroves ; données sur les déchets plastiques…) |
Ifremer |
|
Sispea |
Banque nationale d’indicateurs de services d’eau et d’assainissement (indicateurs obligatoires sur les services publics d’eau et d’assainissement) |
Office français de la biodiversité |
Figure 6.1. Volume des données produites chaque année pour alimenter les différentes bases de données (source : OFB, données 2014).
8Pour faciliter l’accès et la diffusion des données de ces différentes banques, des outils plus spécialisés sont disponibles (tableau 6.2).
Tableau 6.2. Modes d’accès aux données des différentes banques d’information.
Outil, catalogue |
Description |
Site |
Catalogue des données sur l’eau |
Données ouvertes (open data) |
|
Outil de consultation des données de synthèse sur l’eau |
Outil de visualisation cartographique d’indicateurs, données ouvertes |
|
Outil de diffusion des principales données sur l’eau |
Interface de programmation applicative adaptée aux réutilisateurs externes |
|
Point de référence pour les données de référence du SIE |
Fournit les données de référence en open data, des services associés (contrôle, informations de mise à jour, …) et la possibilité de demander des codifications nouvelles ou des corrections |
|
Fiches de synthèses des données hydroclimatiques |
Données sur les 4 000 bassins versants français suivis (Delaigue et al., 2019) |
Le fonctionnement du système d’information sur l’eau
9Le système d’information sur l’eau demande une coordination particulière car il rassemble les données de près de 1 047 réseaux de mesures et plus de 15 000 producteurs de données (comme les agences de l’eau, les offices de l’eau, l’Office français de la biodiversité (OFB), les services déconcentrés des ministères de l’Écologie, de l’Agriculture et de la Santé, les organismes de recherche, les collectivités territoriales, les industriels, les associations environnementales, les fédérations de pêche ou encore Météo-France).
10La loi sur l’eau de 2006 a confié à l’Onema/OFB la coordination technique du système d’information sur l’eau auparavant assurée par le ministère de l’écologie. Un schéma national des données sur l’eau a été approuvé par arrêté interministériel en 2010, puis mis à jour en 2018. Ce schéma décrit l’organisation du système d’information sur l’eau et fixe le rôle et les responsabilités de l’ensemble des acteurs au sein de ce système.
11Le pilotage technique du système d’information sur l’eau repose sur un groupe de pilotage permanent, le comité de coordination technique du système d’information sur l’eau, et quatre groupes techniques :
le groupe de pilotage de l’information géographique pour les questions relatives aux données géographiques ;
le groupe pilotage de l’architecture applicative pour des sujets relatifs aux applications informatiques ;
le groupe de pilotage du service d’information Eaufrance pour la valorisation de l’information ;
le groupe de pilotage du service d’administration nationale des données de référence de l’eau (Sandre, voir ci-dessous) pour la programmation et le suivi des activités.
12L’Office français de la biodiversité exerce, sous l’autorité du ministre en charge de l’Environnement, la coordination technique de ce système. Il anime donc le groupe de coordination technique et les groupes techniques.
Le rôle particulier du service d’administration nationale des données de référence de l’eau au sein du système d’information sur l’eau
13Le système d’information sur l’eau est basé sur un langage informatique commun utilisé par tous les acteurs de l’eau. Établi par le service d’administration nationale des données de référence de l’eau (SANDRE), il permet d’assurer l’interopérabilité entre les bases de données. Le secrétariat technique du service d’administration nationale des données de référence de l’eau est assuré par l’Office international de l’eau depuis sa création en 1993. Ce secrétariat s’appuie sur des organismes, majoritairement publics, qui apportent leurs compétences scientifiques et techniques, pour constituer et administrer le référentiel des données sur l’eau et veiller à sa cohérence.
14Grâce à la construction de référentiels, d’un langage commun et de format d’échanges par le service d’administration nationale des données de référence de l’eau, les données issues de collectes peuvent s’échanger de manière informatisée et homogène sur l’ensemble du territoire, y compris les données historiques. Concrètement, ce service offre un ensemble de produits et de services, au cœur de l’interopérabilité du système d’information sur l’eau. Ce sont :
des documents de spécification technique comprenant des documents de présentation des données, 200 dictionnaires de données, 27 scénarios d’échanges de données et des scénarios de services web ;
des jeux de données de référence comme les délimitations des masses d’eau utilisées pour la directive cadre sur l’eau, les appellations de taxons (noms des espèces) adaptées au domaine de l’eau, les stations où sont effectuées des mesures40 sur l’eau souterraine, les cours et les plans d’eau, ainsi que les zonages réglementaires ;
la diffusion des produits sur le site du SANDRE41, y compris sous forme de services web ;
un outil de résolution d’identifiants uniques (URI42) pour tous les éléments du référentiel de données – permettant d’accéder à ces objets du référentiel par une adresse web pérenne fonctionnant comme un identifiant ;
un outil de demande de codifications ou de corrections, indispensable pour faire vivre les référentiels.
15Parmi les bases de données de référence, deux sont particulièrement utilisées pour décrire le territoire et faciliter le positionnement des données.
16Carthage© : cartographie thématique des agences de l’eau et du ministère chargé de l’environnement. Cette base de données regroupe des informations sur tous les objets hydrographiques (découpage du territoire en zones hydrographiques ou bassins versants, cours et plans d’eau). Sa précision est de l’ordre de dix mètres. Un nouveau référentiel hydrographique de précision métrique a été créé en 2020 : la bdtopage©. Constitué à partir du thème hydrographique de la bdtopo©, ce référentiel a été constitué par l’OFB, l’IGN (Institut national de l’information géographique et forestière) et les agences de l’eau. Il est libre d’usage et a pour but de remplacer progressivement la Bdcarthage©.
17Bdlisa : base de données des limites des systèmes aquifères. C’est un référentiel cartographique des eaux souterraines réalisé par le BRGM, le ministère de l’environnement, l’OFB et les agences de l’eau. Cette base classe le sous-sol en entités hydrogéologiques décrites selon différentes propriétés : aquifère ou imperméable, écoulements libres ou captifs, milieu poreux, fracturé, karstique. Elle indique la superposition des entités hydrologiques, sans toutefois notifier la profondeur. Cette base de données offre trois niveaux de généralisation.
De la donnée observée à la donnée modélisée
18La mise en place et la maintenance des réseaux de mesure hydrométéorologiques et hydrogéologiques représentent un coût non négligeable pour leurs gestionnaires. Il n’est donc pas possible de suivre le débit de tous les cours d’eau et le niveau de toutes les nappes. Pour estimer les ressources en eau sur des territoires non couverts par les réseaux de mesure, les hydrologues et hydrogéologues proposent d’utiliser différentes techniques d’extrapolation des données mesurées. Les incertitudes sur l’estimation de la ressource, déjà présentes dans les données mesurées, sont de fait plus importantes mais elles peuvent être évaluées.
19Quelques techniques d’extrapolation spatiale des débits des cours d’eau et deux bases de données reconstituées sont présentées. Ces données sont disponibles dans toute la France, y compris dans les départements d’outre-mer pour certaines. Elles permettent de compléter les données de débit observées disponibles de dans la banque Hydro.
20Des modélisations similaires existent pour les eaux souterraines, elles ont été développées pour certains aquifères. Mais à ce jour, les résultats ne sont pas disponibles à l’échelle nationale.
Principes et limites de l’extrapolation des données observées
21Pour pallier l’absence de stations de mesure hydrométrique sur tous les cours d’eau, les hydrologues s’appuient sur différentes techniques utilisant l’information relevée par les stations de mesure localisées sur des bassins versants dits « jaugés » à proximité du bassin « cible » étudié et peuvent aussi utiliser des informations météorologiques ou morphologiques (topographie, occupation du sol, etc) en complément (Blöschl et al., 2013). Lebecherel et al. (2015) citent trois techniques :
l’utilisation des rapports de surface de bassin versant en faisant l’hypothèse que le débit par unité de surface est le même d’un bassin à l’autre ;
la combinaison linéaire des observations issues d’un ensemble de stations, le poids de chaque observation pouvant être déterminé à partir d’approches géostatistiques ;
le recours à des outils de modélisation hydrologique du bassin versant afin de prendre en compte les différences de pluies, d’évapotranspiration ou de morphologie entre le bassin cible et les bassins jaugés (De Lavenne, 2013 ; Oudin et al., 2008).
22Dans ce dernier cas, comme le bassin versant à étudier ne possède pas de mesures de débit à son exutoire, l’estimation des paramètres d’un modèle hydrologique avec ces données de débit n’est pas possible. Les approches utilisées, appelées approches de régionalisation, consistent à transférer les paramètres estimés sur d’autres bassins versants (bassins versants donneurs) vers le bassin cible non jaugé (bassin versant receveur). Les approches de régionalisation s’appuient :
soit sur la proximité géographique entre le bassin d’intérêt et les bassins jaugés, s’il y a une faible variation spatiale des conditions physiques environnantes ;
soit sur la similarité physique entre le bassin d’intérêt et les bassins jaugés, si les caractéristiques physiques sont semblables même si les bassins sont éloignés géographiquement.
23En France, l’approche fondée sur la proximité géographique a donné les meilleurs résultats (Oudin et al., 2008).
24Ces approches d’extrapolation des données de débit présentent certaines limites :
le bassin receveur non jaugé et les bassins jaugés utilisés pour la régionalisation ne doivent pas être influencés par des activités humaines spécifiques à un bassin (présence de barrage dans le bassin versant par exemple), car cela limiterait la similarité de fonctionnement hydrologique ;
les valeurs estimées ne sont pas fiables en cas de fonctionnement karstique (circulation dans les roches carbonatées avec des fractures et des conduits de tailles variables). En effet, les circulations des eaux souterraines ne sont pas du tout comparables d’un bassin à l’autre ;
une valeur extrapolée ne reproduit jamais exactement une valeur de débit mesurée, car les incertitudes liées à la schématisation du bassin versant s’ajoutent à celles des données d’entrée et des données de sortie utilisées pour l’estimation des paramètres du modèle.
Chroniques hydrologiques simulées
25Pour faciliter le suivi hydrobiologique des cours d’eau non jaugés, l’approche de régionalisation fondée sur la proximité géographique a été utilisée par Brigode et al. (2014) pour simuler des chroniques de débit journalier sur 11 337 stations de mesure de la qualité de l’eau et des milieux aquatiques (dont 112 en Corse).
26Ces stations correspondent au réseau de référence pérenne rassemblant des stations peu impactées par les activités anthropiques et au réseau de stations de suivi de la population piscicole de l’OFB. Sans prétendre se substituer à une mesure directe des débits, qui serait bien entendu préférable, ces reconstitutions visent à fournir aux gestionnaires des ordres de grandeur des débits journaliers et de leur variabilité au cours des jours et des années précédant la mesure de qualité de l’eau ou du milieu aquatique (mesure sur les espèces présentes permettant de qualifier l’état écologique du milieu) afin de les remettre dans un contexte hydrologique. Ces reconstitutions peuvent être remobilisées pour d’autres enjeux de gestion locale de l’eau.
Figure 6.2. Localisation des sites de reconstitution des chroniques de débit (en haut) et des bassins versants jaugés utilisés comme donneurs dans le transfert de paramètres (en bas).
27Les débits mesurés sur les bassins « donneurs » a été reconstitués à l’aide d’un modèle pluie-débit, utilisant des données de pluie et de température (démarche de simulation hydrologique), le modèle Gr4j (Perrin et al., 2003), avec la prise en compte de la neige via le module Cemaneige (Valéry, 2010). Ces bassins ont été sélectionnés parce qu’ils sont faiblement influencés par les activités anthropiques (par exemple, des stations hydrométriques non situées à l’aval proche de grands barrages). Ils disposent également des données au pas de temps journalier sur une durée d’au moins six années hydrologiques avec moins de 10 % de données manquantes sur la banque Hydro (figure 6.2). Le débit à une station non jaugée est estimé par modélisation à partir de la pluie et de la température observées sur le bassin versant et des paramètres calés sur les cinq bassins voisins jaugés les plus proches. Les séries journalières produites couvrent la période du 1er août 1958 au 31 juillet 2016 avec un intervalle de confiance à 90 %. Les données sont disponibles sur le portail technique de l’OFB (outils pour la gestion quantitative de la ressource).
28Il faut noter que les estimations des valeurs de débits extrêmes comportent généralement d’importantes incertitudes. Il est donc déconseillé de calculer des indicateurs statistiques à partir de ces chroniques. Il vaut mieux utiliser les estimations présentées ci-après.
Cartographie des débits de référence : module et débit d’étiage (Qmna5)
29Pour bien appréhender le régime d’un cours d’eau, les gestionnaires utilisent des références relatives aux basses eaux, aux hautes eaux et aux écoulements moyens. Ainsi, les basses eaux sont souvent caractérisées par le débit mensuel minimal de fréquence quinquennale sèche (Qmna5), les hautes eaux par le débit de pointe de période de retour décennale (non discuté ici). Quant aux écoulements moyens, ils sont estimés par le module de l’écoulement (débit annuel moyen).
30Le module naturel d’un cours d’eau a valeur de référence pour fixer le débit minimal à laisser dans le lit du cours d’eau lorsqu’on met en place des ouvrages de dérivation. Ce débit doit être au moins égal au dixième du module afin de garantir en permanence la vie aquatique, la circulation et la reproduction des espèces présentes (article L214-18 du code de l’environnement). De même, la valeur du Qmna5 est utilisée pour estimer les rejets et prélèvements maximaux à autoriser dans les cours d’eau ou les nappes d’accompagnement. Ces indicateurs doivent donc être disponibles en tout point du réseau hydrographique.
31Pour aider les gestionnaires à définir les seuils de prélèvements ou de rejets, une cartographie des estimations des modules et des valeurs de Qmna5 de l’ensemble du réseau hydrographique de la base de données Carthage a été réalisée (Cipriani et Sauquet, 2012 ; Catalogne et Sauquet, 2012 ; Folton et Arnaud, 2012 ; Nicolle et al., 2012). Cette cartographie est issue d’un travail d’interpolation spatiale à partir d’une combinaison de trois estimations obtenues par des modèles différents. Les modèles mobilisés sont décrits dans le tableau 6.3, l’estimation finale est une combinaison des trois résultats prenant en compte leurs performances respectives. Comme pour la reconstitution des chroniques de débits décrite ci-dessus, les modèles s’appuient sur des stations de référence les moins influencées par les activités humaines, de bonne qualité métrologique et ayant des chroniques d’une durée minimale de vingt-six ans sur la période 1970-2005. Cette durée est requise pour une estimation robuste du Qmna5. Dans la banque Hydro, 632 stations disponibles ont donc été sélectionnées. Les résultats sont accessibles sur le portail technique de l’OFB. Un tableau de données fournit à l’utilisateur un indice de robustesse (fragile, prudence, robuste) et une fourchette d’incertitude pour éclairer la confiance à accorder à l’estimation. Dans un tableau complémentaire, ces résultats sont mis au regard des valeurs expertisées par des producteurs de données locales (services de l’État ; EDF ; Compagnie nationale du Rhône, CNR ; Compagnie d’aménagement des coteaux de Gascogne, CACG) quand elles existent.
32Les valeurs proposées n’ont aucune portée réglementaire. Elles doivent être validées au cas par cas par la police de l’eau.
Tableau 6.3. Principales caractéristiques des modèles utilisés pour estimer les modules et débits d’étiage Qmna5 sur les tronçons de la base de données Carthage.
Modèle |
Rapide descriptif du modèle |
Interpolation aux tronçons non jaugés |
Modèle 1 Référence : Nicolle et al., 2012 |
Modèle reliant le débit (Qmna5 ou Module) à la pluie et l’évapotranspiration (ETP) sur des mailles élémentaires. Ces débits sont ensuite agrégés à l’échelle du bassin versant étudié. |
L’erreur obtenue aux stations de mesure (rapport débit observé sur débit calculé) est interpolée aux mailles des bassins non jaugés en utilisant une méthode basée sur les distances (Inverse distance weighting). |
Modèle 2 Référence : Cipriani et Sauquet, 2012 |
Qmna5 : modèle de régression par type de bassin reliant les débits à des variables explicatives comme la nature du substratum, l’évapotranspiration ou les précipitations. Module : modèle de régression reliant le débit aux termes du bilan hydrologique : l’évapotranspiration et les précipitations. |
Pour le Qmna5, la régression est effectuée sur des régions de comportement hydrologique similaire (classification basée notamment sur les caractéristiques des étiages). Pour le module, un krigeage des résidus (erreurs) est utilisé. |
Modèle 3 Référence : Folton et Arnaud, 2012 |
Modèle pluie-débit mensuel calés sur les stations de mesure. |
Les paramètres du modèle pluie-débit sont régionalisés à partir des informations spatiales pluviométriques, hydrographiques et hydrogéologiques. |
Conclusion
33Ce chapitre donne un aperçu des données sur l’eau observées disponibles pour les gestionnaires de l’eau à l’échelle nationale et des dispositifs en place pour s’assurer de la leur qualité et de l’leur homogénéité de ces données sur le territoire français. Toutefois, ces données ne sont pas toujours assez précises pour permettre une gestion intégrée de l’eau à une échelle locale. Par exemple, dans les secteurs irrigués, il est indispensable d’avoir une bonne connaissance de la répartition temporelle des prélèvements agricoles au cours de l’année pour gérer l’eau, notamment en période estivale. Donc, il est souvent nécessaire de compléter les dispositifs existants avec des données complémentaires, observées ou modélisées, parfois disponibles seulement auprès des gestionnaires de l’eau du territoire concerné ou de chercheurs travaillant sur le bassin.
34Il convient de se rapprocher des professionnels de la gestion locale de la ressource pour avoir une vision exhaustive des données disponibles.
35À partir des données observées, les ressources en eau peuvent être estimées en dehors des points de suivi par des méthodes d’extrapolation. Deux exemples portant sur l’estimation des débits des cours d’eau ont été donnés dans ce chapitre : l’estimation des chroniques de débit et l’estimation de deux indicateurs hydrologiques (le débit moyen et le débit caractéristique de l’étiage ou Qmna5). Ces estimations sont, dans tous les cas, moins fiables que les mesures.
36Au-delà des estimations des données de débit fournies par ces études (voir chapitre 2), des modèles permettant d’extrapoler les mesures de la qualité de l’eau sont en cours d’élaboration : par exemple, sur les concentrations en azote et phosphore (Legeay et al., 2016) ; sur les mesures de niveau d’eau souterraine (Habets et al., 2015). À ce jour, les données ne sont pas disponibles sur toute la France, mais les méthodes utilisées peuvent être mobilisées à l’échelle locale.
Bibliographie
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Notes de bas de page
40 Pour les eaux souterraines, ce sont des mesures de hauteurs de nappe et de qualité d’eau. Pour les eaux de surface, on retrouve les aspects quantitatifs (débits, hauteur du plan d’eau), qualitatifs de l’eau et les mesures liées à l’état écologique du milieu (poissons, invertébrés, diatomées, phytoplanctons). Ces mesures sont faites en un point qu’il convient de bien caractériser.
Auteurs
-
Bénédicte Augeard
Office français de la biodiversité, Vincennes
-
Laurent Coudercy
Office français de la biodiversité, Vincennes
-
Claire Magand
Office français de la biodiversité, Vincennes
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