Chapitre 20 - Influence des changements globaux sur l’évolution quantitative des ressources en eau en plaine de Crau
p. 261-270
Texte intégral
Contexte et problème de gestion de l’eau
1La Crau, territoire de 600 km2 dans le sud-est de la France, est dépourvue de système hydraulique naturel depuis le relèvement du seuil de Lamanon, il y a environ 20 000 ans, par un tremblement de terre ayant entraîné la capture des eaux de la Durance. De fleuve traversant la Crau et se jetant dans la Méditerranée, la Durance, est devenue un affluent du Rhône à la hauteur d’Avignon. Le paysage naturel de la Crau est une steppe semi-aride nommée « Coussoul ». Il s’étend au sud des Alpilles entre le Rhône, la Méditerranée et l’étang de Berre.
2Depuis le xvie siècle, le recours à l’irrigation gravitaire avec la construction du premier canal par Adam de Craponne entre Lamanon et Arles a permis de sécuriser l’approvisionnement en eau de ce territoire. Des extensions du réseau d’irrigation ont été construites jusqu’à la fin du xixe siècle, constituant un réseau de quelques centaines de kilomètres de canaux d’irrigation et de drainage. Par des apports d’eau régulés, l’irrigation assure l’essentiel de la production agricole, principalement la production d’Appellation d’origine protégée (AOP) de foin de Crau et le soutien d’un élevage ovin intensif avec des productions en Indication géographique protégée (IGP) d’agneau de Sisteron et Mérinos d’Arles.
3Depuis la mise en service du barrage de Serre-Ponçon dans les années 1960, ces apports d’eau ont été sécurisés et permettent le renouvellement des stocks d’eau dans les alluvions de l’ancien lit de la Durance. Aujourd’hui, ces alluvions constituent l’aquifère de Crau. Cet aquifère est un réservoir naturel souterrain capable de fournir près de 75 millions de mètres cubes d’eau par an pour l’ensemble des activités menées sur ce territoire. Cette eau est utilisée en milieu urbain ou industriel, notamment portuaire à Fos-sur-Mer, mais aussi en milieu agricole. En effet, une partie de l’eau d’irrigation est pompée dans la nappe.
4Face aux changements globaux (climat, usage des terres), le système de gestion de l’eau multiséculaire en Crau apparaît de plus en plus fragile. En effet, la pression sur la ressource constituée par les eaux de la Durance s’accroît fortement avec le développement d’activités en amont, dans son bassin versant : extension urbaine de Manosque, nouveaux périmètres irrigués dans la plaine alluviale de la Durance, projet d’irrigation des vignobles et tourisme nautique sur le lac de Serre-Ponçon. Ainsi, pour optimiser la gestion de la ressource en eau et pour faire face aux situations de pénurie, les gestionnaires (syndicats mixtes, régies communales, agence de l’eau, associations d’irrigants) et les collectivités locales cherchent à se doter d’outils de gestion réglementaires (schéma d’aménagement et de gestion des eaux, Sage) ou non réglementaires (contrat de nappe).
5Pour ce faire, une démarche intégrative, fondée sur les contraintes biophysiques et socio-économiques du territoire, a été construite et testée afin de caractériser l’évolution spatio-temporelle des ressources : eau, sol et production agricole. En établissant un diagnostic à partir des trajectoires historiques de ces ressources, la démarche permet aussi de faire de la prospective en testant des scenarios sur le moyen terme (20 à 30 ans).
Démarche suivie et justifications
La démarche générique
6Bien que l’eau soit une ressource essentielle, les enjeux sur l’optimisation et la sécurisation de ses usages sont très difficilement perçus par les décideurs locaux en raison des approches en mode sectoriel et par projet qui masquent l’appréhension globale des limites des ressources disponibles. Ainsi, la construction d’une démarche intégrative générique pour les territoires, Astuce & Tic83, a été initiée (Trolard et al., 2013 et 2016). Celle-ci est fondée sur :
une analyse de la vulnérabilité du territoire vis-à-vis d’un nombre élargi de critères thématiques, dont l’articulation est donnée en figure 20.1 ;
l’élaboration d’un ensemble de scenarios de prospective à T0 + 20 à 30 ans selon des évolutions prévisibles (évolutions climatiques, pression sur les ressources).
7La démarche s’appuie sur une chaîne de modélisation à architecture modulaire dont les éléments principaux sont présentés dans la section suivante « Outils, données, méthodes et scénarios ».
Figure 20.1. Schéma d’interconnexions (flèches noires) des différents domaines considérés dans la démarche Astuce & Tic (Trolard et al., 2016).

Les flèches bleues indiquent les domaines où les paramètres climatiques sont explicitement pris en compte.
8Au lieu d’une vision statique et sectorielle, la démarche Astuce & Tic offre aux parties prenantes des outils de diagnostic et de prévision leur permettant de concevoir une politique de développement territorial fondée scientifiquement et de se forger une vision holistique et dynamique de leur territoire à partir de résultats factuels. La démarche Astuce & Tic permet aussi de préciser les limites des ressources qu’ils ont à partager.
Application de la démarche Astuce & Tic en plaine de Crau
9Pour l’analyse de la vulnérabilité du territoire, la démarche Astuce & Tic nécessite la collecte multi-sectorielle de données historiques et géographiques sur l’occupation des sols, la qualité des sols et des eaux, l’économie et les règles de droit appliquées sur le territoire et la combinaison de modules de calcul ou de simulation. Dans le cas du territoire de la Crau, les indicateurs choisis pour l’analyse de la vulnérabilité concernent les thématiques de l’artificialisation des terres, de l’état des ressources en sol et en eau, ainsi que la production agricole. Ces indicateurs sont :
l’occupation du sol ;
la fragmentation des habitats ;
l’imperméabilisation des sols ;
l’évolution du niveau de la nappe ;
l’alimentation en eau potable ;
le risque de pollution ;
la potabilité ;
le risque de salure des eaux ;
le risque de salinisation des sols ;
le risque d’acidification des sols à partir des données sur les sols ;
le risque d’acidification des sols à partir des données sur les eaux ;
le risque de sodisation des sols ;
la qualification agronomique des sols ;
les rendements agricoles ;
le drainage.
10Les indicateurs C, D, E, F, G, H, J, K et O sont plus spécifiquement liés à la ressource en eau. Pour chaque indicateur, une fiche « résumé » comportant les rubriques suivantes a été produite : nom de l’indicateur, échelles spatiale et temporelle de validité, données nécessaires pour le calcul, références ou modèles permettant de le calculer, un exemple de calcul, les modes de représentation graphique ou cartographique à usage d’analyse ou de communication (Trolard et al., 2013).
Outils, données, méthodes et scenarios
11Le tableau 20.1 résume les modules de la chaîne de modélisation qui ont été utilisés pour la simulation de l’évolution quantitative des ressources en eau. Pour la spatialisation des données d’entrée et de sortie, des logiciels spécifiques de représentation (Mapinfo, Arcview, Argis) ont été utilisés, ainsi qu’un géomodeleur gOcad (Mallet, 2002).
Tableau 20.1. Modules de calcul utilisés pour simuler l’évolution quantitative des ressources en eau sur le territoire de la Crau.
Module de calcul |
Description fonctionnelle |
Données d’entrée utilisées |
Meas : représente l’occupation des sols Références : Astuce & Tic, 2011 |
Traitement semi-automatique des images satellites (reconnaissance de formes, classification) et représentation par Système d’information géographique (SIG : représentation spatiale 2D) ou Géomodélisation (gOcad, représentation 3D) |
Images satellites, MNT, bases de données sur les sols (Donesol), relevés de terrain |
Metronamica : mesure la mutation des usages des sols Référence : White at al., 1997 |
Le territoire est divisé en cellules avec les attributs tels que appartenance à une classe d’occupation du sol (OS), état (non dynamique, dynamique, dynamique subi), potentiel de mutation. La méthode de calcul est celle du marcheur aléatoire ; un automate cellulaire qui calcule la probabilité de mutation d’une cellule en fonction de son voisinage et des contraintes |
Cartes d’occupation du sol produites par Meas, contraintes physiques (par exemple, zones inondables, fortes pentes…), planification, réglementation (par exemple, PLU - Plan local d’urbanisation), règles de voisinage (par exemple, zones d’exclusion liées aux infrastructures), contraintes réglementaires (par exemple, Natura 2000), scenarios (cf. texte) |
Stics : modèle de cultures Référence : Brisson et al., 2003 |
Simulateur de la production de la biomasse à la parcelle, du rendement agricole par type de culture, des besoins en eau et en azote, des flux d’eau de surface et de drainage |
Pluviométrie, température, rayonnement global, profondeur des sols, réserve utile, type de cultures, itinéraire technique, enquêtes, scenarios (climat, irrigation) |
Multisimlib : agrège sur le territoire les résultats de Stics Référence : Buis et al., 2011 |
Outil de gestion des multi-simulations réalisées avec Stics |
Périmètres des surfaces irriguées (ASA), répartition spatio-temporelle des cultures |
IQS : outil de qualification agronomique
d’un sol |
Arbre de décision fondé sur les propriétés physico-chimiques des sols, classées en trois niveaux hiérarchiques :
|
Caractéristiques des sols : pH, teneur en matière organique, salinité, pierrosité, hydromorphie, réserve utile, teneur en argiles, pente du terrain |
Etr-d_zna : calcule le drainage sur les espaces naturels Référence : Olioso et al., 2013 |
Fondé sur la relation précipitation – évapotranspiration développée dans le logiciel Evaspa (Evaporation assessment from SPAce) |
Climat, images satellites, mesures d’évapotranspiration |
Modflow : modèle hydrologique Référence : Harbaugh, 2005 |
Construction d’un modèle hydrologique de fonctionnement de la nappe souterraine qui permet une représentation des variations du niveau de la nappe en fonction du temps |
Climat, drainage en fonction de l’occupation du sol, variables hydrodynamiques des formations superficielles constituant l’aquifère, calendrier et dose d’irrigation |
Module_Eau : établit une typologie entre consommation en eau et classes d’occupation du sol Référence : Document interne G2C-Environnement |
Utilisation de fonctions du logiciel Visual Modflow qui prend en compte le fonctionnement hydrologique du territoire, y compris sa partie souterraine |
Usages des eaux (AEP, agriculture, industrie), réseaux d’infrastructures, base de données de l’Agence de l’eau |
12Les scenarios, construits dans la démarche Astuce & Tic, l’ont été en distinguant :
les contraintes ou les forçages tels que le climat et la conjoncture économique sur lesquels les acteurs du territoire n’ont pas de pouvoir d’action ;
les leviers sur lesquels ils ont une action possible comme les zonages, les acquisitions foncières, le maintien ou non de l’irrigation gravitaire.
13Dans un contexte de changement climatique, selon le scenario « A1B84 » du Giec (Pachauri et Reisinger, 2007) et régionalisé (maille Safran de 8×8 km), trois scenarios d’urbanisation ont été testés :
le scenario 0 dit « tendanciel » ;
le scenario 1 dit de « consolidation et de diversification industrielle » qui concerne plutôt le sud du territoire ;
le scenario 2 dit de « développement des activités tertiaires et résidentielles » qui impacterait plutôt un axe est-ouest au nord du territoire.
14Un scenario de réduction de l’irrigation gravitaire de 30 % a également été testé (scenario 3). Deux modules de calcul ont nécessité l’ajustement de paramètres sur une période de référence : 1997-2009 pour définir les règles de voisinage conditionnant la probabilité de changements d’usage des sols dans Metronamica et 2003-2010 pour Stics concernant la production agricole et le climat. Ces paramètres sont ensuite extrapolés pour prédire les valeurs des indicateurs à l’horizon de 2030 suivant les différents scénarios.
Résultats bruts
15Les résultats de la prospective mettent en évidence, quel que soit le scenario, un risque de fragilisation du renouvellement des eaux de la nappe à l’horizon 2030.
16Un bilan a été calculé entre les apports d’eau à la nappe en fonction des variations de l’occupation du sol entre 2009 et 2030 et les besoins de prélèvements pour les usages domestiques, industriels et agricoles. Il montre des déséquilibres et localement des baisses significatives possibles du niveau de la nappe (figure 20.2a). L’importance des rabattements du niveau piézométrique de la nappe simulés pour 2030 (figure 20.2b2), par rapport à une situation de régime permanent (figure 20.2b1), est la plus critique lorsque les fluctuations du niveau de la nappe résultent de la combinaison des scénarios « A1B » régionalisé, scénario 2 pour l’urbanisation et scénario 3 pour l’eau d’irrigation. Ce dernier scénario (A1B1 + 2 + 3) se traduit aussi par la disparition de 14 % des surfaces de prairies irriguées et une augmentation des besoins en eau potable de l’ordre de 30 % pour des raisons démographiques.
17La démarche a produit aussi d’autres résultats factuels, utiles pour la gestion de la ressource en eau. Ce sont :
des cartes de changement d’occupation des sols superposables dans le temps, à une résolution de 0,6 m. Elles permettent de suivre la dynamique urbaine et l’artificialisation des sols avec le calcul du taux d’imperméabilisation en fonction du type d’occupation des sols (figure 20.2a) ;
des bases de données climatiques, de caractérisation des sols, de chroniques à moyen et long termes (jusqu’à 60 ans) d’analyses des eaux de surface et souterraines et d’analyses du foin (Mohammed et al., 2016) ;
un modèle d’évapotranspiration prenant en compte la diversité du territoire (Coussoul, prairies irriguées, autres cultures). Spatialisé sur l’ensemble de la Crau, il permet d’estimer le drainage des eaux vers l’aquifère (Olioso et al., 2013) ;
l’enchaînement des processus bio-physico-chimiques à considérer dans le système « eau irrigation-prairie-sol-aquifère » qui explique l’évolution de la qualité de l’eau entre les eaux d’irrigation et les eaux souterraines (Bourrié et al., 2013 ; Mohammed et al., 2017).
Retour sur les données, outils et méthodes
18En Crau, de nombreuses études ont été et sont régulièrement entreprises sur le territoire depuis 1930. Mais, les principales difficultés rencontrées dans la mise en place d’une démarche intégrative (Astuce & Tic) et de toutes tentatives de prospective sont :
réunir en un seul lieu l’information de base sur le territoire souvent constituée d’archives non numérisées et dispersées dans plusieurs administrations ;
rechercher les images satellites originales pour créer un corpus de données cohérentes dans l’espace et le temps, par exemple pour les changements d’occupation du sol sur une trentaine d’années ;
mettre en place à moindre coût des systèmes d’acquisition de données permanents, avec des relais citoyens participatifs, par exemple l’enregistrement mensuel du niveau de la nappe dans des puits répartis sur l’ensemble de l’aquifère (Alosman et al., 2018) ;
proposer une chaîne de traitement de l’information pouvant évoluer avec les progrès de la science et du traitement de l’information et de sa représentation ;
maintenir dans la durée les relais pour le transfert des avancées scientifiques et leur traduction dans des outils opérationnels pour les acteurs territoriaux.
Figure 20.2. Exemples de résultats produits par la démarche Astuce & Tic et utilisés dans les outils de gestion de la ressource en eau en Crau.

À l’aplomb du périmètre de la nappe (en bleu), zones d’expansion urbaine avec son taux d’imperméabilisation par type d’usage (en %) à l’horizon 2030, selon le scénario 0 (tendanciel).
Figure 20.2. Exemples de résultats produits par la démarche Astuce & Tic et utilisés dans les outils de gestion de la ressource en eau en Crau.

Représentations spatiales du drainage annuel des eaux de surface vers la nappe et du régime piézométrique permanent dans la nappe, calculés pour l’année 2009 (b1) et à l’horizon 2030 (b2) selon un scénario combinant le scénario climatique A1B régionalisé, le scénario urbain 2 avec une expansion urbaine intense aux points 1, 2 et 3 et le scénario 3 pour l’irrigation.
Figure 20.2. Exemples de résultats produits par la démarche Astuce & Tic et utilisés dans les outils de gestion de la ressource en eau en Crau.

Représentations spatiales du drainage annuel des eaux de surface vers la nappe et du régime piézométrique permanent dans la nappe, calculés pour l’année 2009 (b1) et à l’horizon 2030 (b2) selon un scénario combinant le scénario climatique A1B régionalisé, le scénario urbain 2 avec une expansion urbaine intense aux points 1, 2 et 3 et le scénario 3 pour l’irrigation.
Retour sur la démarche d’ensemble
19Le prototype de la démarche Astuce & Tic a été validé dans la Crau, les résultats ont été largement partagés avec les acteurs du territoire. Avec la création du Symcrau (Syndicat mixte de gestion de la nappe de Crau) en 2010, nous disposons aujourd’hui d’un relais institutionnel de réflexion et de transmission d’acquis nouveaux. Ceci s’est traduit concrètement par la mise en place d’un contrat de nappe (2017-2022), non réglementaire, signé par toutes les collectivités locales concernées par la gestion et les usages de l’eau en Crau. Dans ce contrat, l’aquifère de la Crau est considéré comme un bien commun. Ensuite, des travaux plus approfondis sur deux volets ont conduit à modifier directement les méthodes de gestion des eaux.
20Le premier volet concerne le concept de « ressource stratégique », qui définit les périmètres de protection de la nappe pour les prélèvements, en particulier pour l’eau potable. Il concerne aussi la cartographie et le suivi du biseau salé par l’installation d’un réseau de piézomètres et de mesure en continu de la conductivité électrique.
21Le second volet concerne l’étude de la sensibilité de la nappe aux conditions de prélèvement et de recharge, ainsi que la gestion de crise en identifiant les variables indicatrices de l’état de la ressource, en réalisant une analyse prospective globale de la ressource (recharge-prélèvement) et des tests de scenarios de gestion de crises hydriques.
Bibliographie
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Notes de bas de page
83 Astuce & Tic : Anticipation sécurisée des territoires urbanisés, des campagnes et de leur environnement fondée sur les technologies de l’information et de la communication.
84 Scénario A1B : température + 2,8 (1,7 – 4,4) degrés : une croissance très rapide qui s’appuie sur des ressources énergétiques équilibrées entre fossiles et autres (nucléaire, renouvelables). De nouvelles technologies plus efficaces sont introduites rapidement. C’est le scénario qui « colle » le plus aux prévisions actuelles de l’Agence internationale de l’Énergie (AIE) pour 2050.
Auteurs
-
Fabienne Trolard
UMR 1114 EMMAH, INRAE-AU, Avignon
-
Charlotte Alcazar
SYMCRAU, Entressen
-
Antoine Baillieux
SYMCRAU, Entressen
-
Guilhem Bourrié
Académie d’Agriculture de France, Paris
-
André Chanzy
UMR 1114 EMMAH, INRAE-AU, Avignon
-
Anne-Laure Cognard-Plank
UMR 1114 EMMAH, INRAE-AU, Avignon
-
Dominique Courault
UMR 1114 EMMAH, INRAE-AU, Avignon
-
Marina Gillon
UMR 1114 EMMAH, INRAE-AU, Avignon
-
Albert Olioso
UMR 1114 EMMAH, INRAE-AU, Avignon
-
Stéphane Ruy
UMR 1114 EMMAH, INRAE-AU, Avignon
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Concevoir les futurs de l’agriculture et de l’alimentation
Émilie Coudel, Hubert Devautour, Christophe-Toussaint Soulard et al. (dir.)
2012
Transformations agricoles et agroalimentaires
Entre écologie et capitalisme
Gilles Allaire et Benoit Daviron (dir.)
2017
Innovation et développement dans les systèmes agricoles et alimentaires
Guy Faure, Yuna Chiffoleau, Frédéric Goulet et al. (dir.)
2018
One health, une seule santé
Théorie et pratique des approches intégrées de la santé
Jakob Zinsstag, Esther Schelling, David Waltner-Toews et al. (dir.) Josette Derangère et Isabelle Thibaudière (trad.)
2020
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Carole Bedos, Sophie Génermont, Jean-François Castell et al. (dir.)
2019
L'eau en milieu agricole
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Delphine Leenhardt, Marc Voltz et Olivier Barreteau (dir.)
2020
Alerter la population face aux crues rapides
Compréhension et évaluation d’un processus en mutation
Johnny Douvinet
2020
Consommation et digestion des végétaux
Rôles des microbiotes et fonctions essentielles à la biodiversité
Gérard Fonty, Annick Bernalier-Donadille, Évelyne Forano et al.
2019
La fabrique de l’agronomie
De 1945 à nos jours
Jean Boiffin, Thierry Doré, François Kockmann et al. (dir.)
2022
