InterCater_Damville_MilieuxAquatiques_V1

Changement climatique et milieux aquatiques

Quoi de neuf ?

04Les eaux souterraines

02Le débit des cours d'eau

03La température des cours d'eau

01Evolution climatique

05Zones humides

Frédéric Gresselin DREAL Normandie

01

Tendances climatiques

La Terre se refroidit depuis 50 millions d'années (-13 °C depuis le pic thermique de la fin du Paléocène soit 260 milliardièmes de degrés par an )

époques géologiques

calotte polaire antarctique

inlandsis hémisphère N

collision Inde/Asie

isthme de Panama

courant circumpolaire

Temps en Ma

Les évolutions climatiques naturelles sont lentes. Les changements climatiques induits par nos activités sont brutaux, prenant de vitesse les processus naturels impliqués dans les boucles de rétroaction naturelles

+0.04°C par an

changement climatique d'origine anthropique

On s'est sortis du Petit âge glaciaire finalement

2023

-10-4°C/a

bascule vers la future glaciation

+ 2.7 10-4°C par an

Oui pour sombrer dans le Grand âge caniculaire

fin de la dernière glaciation

Les transformations climatiques en cours sont extrêmement brutales

T°C maxi (moy. juin juillet août)

1950 1970 1990 2010

24 20 16

Nombre de jours de chaleur (jaune) et très forte chaleur (rouge)

Alençon

40 0

tendance +2.6° en 75 ans

24 20 16

Caen

40 0

Merci Donald, saint patron des glaciers, chevalier de l'ordre du sorbet

+2.5°

24 20 16

Cherbourg

40 0

+2.4°

+ 3 °C de plus en fin de siècle

24 20 16

Evreux

40 0

+2.8°

24 20 16

Y va faire chiot...

Rouen

40 0

+3.7°

Source MétéoFrance et Olivier Cantat, Université Caen

L'hypothèse la plus crédible est celle d'une élévation de la température de 3°C d'ici à la fin du siècle en Normandie

Simulation des écarts à l'horizon 2070-2100 de la température de l'air par rapport à la période de référence (1976-2005). Scénario 8.5

Evolution prévue

Moyenne 1976-2005

9.3°C

5.0°C

+3.2°C

+2.7°C

printemps

hiver

réf 1976-2005 Evolution 2100

réf 1976-2005 Evolution 2100

11.8°C

+3.0°C

+3.5°C

16.2°C

été

automne

réf 1976-2005 Evolution 2100

réf 1976-2005 Evolution 2100

Les cumuls pluviométriques devraient évoluer à la hausse en hiver et à la baisse en été selon l'hypothèse la plus vraisemblable

Simulation d'évolution des précipitations. Ecart à la moyenne de la période de référence 1976-2005 pour l'horizon 2070-2100 et le scénario 8.5

mm/j

Les modèles sont encore imprécis pour les précipitations

+1 +0.5 0 -0.5 -1

printemps

hiver

Surtout pour le Nord de la France

Oh oui ! De grosses différences entre les modèles globaux et régionalisés !

automne

été

La variabilité climatique s'accentue du fait de la perturbation de la trajectoire du vortex polaire par l'élévation de la température du pôle nord

vortex polaire stable

vortex polaire perturbé

source HCBC

Pertubée par le changement climatique, la trajectoire du polar jet devrait onduler davantage dans le futur et entraîner une plus grande variabilité du climat normand impulsant des alternances entre descente d'air polaire et remontée d'air tropical

ondulation du polar jet

Ces hypothèses n'intègrent pas les perturbations en cours du Gulf stream et le risque de voir la température de l'Europe du Nord baisser. Mais sommes nous en Europe du Nord ?

baisse de la température

baisse de la salinité

Canada

Gulf stream

Espagne

AMOC

forte hausse de la température

credit: N. Penny Holliday, © National Oceanography Centre, 2020,

hausse de la salinité

Source : S. Rahmstorf 2024 Liu et al. ,2017

Tendance d'évolution de la température (A) et de la salinité (B) des océans de 1993 à 2021

02

Le débit des cours d'eau

Débit moyen minimal annuel sur 10 jours consécutifs orienté à la baisse ou à la hausse selon l'importance des capacités aquifères du bassin versant, la pente et de multiples autres paramètres

Et t'as vu, les variations sont cycliques

Tiens le débit d'étiage de certaines rivières est orienté à la hausse !

Q m3/s

0.30 0.20 0.10 0.00

L'Ancre à Criqueville-en-Auge (craie)

Ancre

Souleuvre

1970 1980 1990 2000 2010 2020

0.30 0.20 0.10 0.00

Q m3/s

La Souleuvre à Carville (schistes et grès)

1970 1980 1990 2000 2010 2020

source : https://makaho.sk8.inrae.fr/

source : DREAL/SRN/B2HPC

L'évolution actuelle des débits d'étiage (suite)

Le Cailly

Les rivières du Sud de la Normandie sont à distinguer de celles du Nord. Attention aux tendances influencées par les prélèvements voire l'évaporation des plans d'eau. La Seine n'est représentative d'aucune autre rivière de Normandie

source : courrier-picard.fr

Evolution du débit d'étiage du Cailly (station de Notre-Dame-de-Bondeville)

Evolution du débit d'étiage de l'Eure (station de Louviers)

source : DREAL Normandie/SRN/BHPC

Le débit maximum journalier annuel des rivières du Nord-Ouest de la France est plutôt orienté à la hausse

Q m3/s

6 4 2 0

Le Petit Douet (Héauville)

Béthune

Petit Douet

La Béthune

30 10

La Béthune, une rivière du Pays de Bray normand

source : https://makaho.sk8.inrae.fr/ et DREAL Normandie

Probable : vers des hivers plus pluvieux et des pluies plus intenses donc une accentuation des risques d'érosion, de ruissellement, d'inondation et de dégradation de la qualité des milieux aquatiques

L'érosion, c'est en moyenne 0.1 mm par an en France

• Impact sur la productivité des sols (perte en matière organique) : baisse de rendement
• Augmentation de la charge en nutriments (azote et phosphore) ainsi qu'en sédiments des eaux ruisselées, avec augmentation de la turbidité des cours d'eau : impact sur la biodiversité et la production d'eau potable (eau de surface et karst)
• Effets sur l'eutrophisation y compris littorale, en lien avec les apports en nutriments : impacts sur la biodiversité, la pêche, la conchyliculture, les activités balnéaires...
• Augmentation du risque d'inondation

Les meilleurs sols se forment à cette vitesse

Probable : vers des étés plus secs, plus chauds et plus longs

• diminution des débits d'étiage (à nuancer selon les BV) avec des à secs plus fréquents ; sur-concentration des polluants
• accroissement des contraintes de libre circulation pour les poissons
• élévation de la température des rivières avec baisse de la concentration en oxygène dissous
• développement d'algues (macrophytes et micro-algues) avec libération possible de toxines et hypoxie temporaire (DBO5)
• les étés de type 2022 deviennent la norme à partir de 2050

On risque donc de manquer d'eau, c'est ça ?

©Isabelle INNOCENTI

L'écluse de la Vire à Vire-Normandie en août 2022

Ben, ça va dépendre des territoires

©Google Earth

Un bloom planctonique remonte la Vire à marée montante au niveau de la RN 13

Les simulations hydrologiques Explore 2 L'Iton à Normanville : vers une prolongation automnale des étiages et baisse de leur débit ?

débit de référence (modèle safran)

réchauffement marqué et augmentation des précipitations

changements peu marqués

fort réchauffement et fort assèchement estival

Q m3/s

fort réchauffement et forts contrastes saisonniers en précipitation

ensemble des projections

7.5

1976-2005 2041-2070 2070-2099

5.0

2.5

0.0

jan juin dec jan juin dec jan juin dec

Le sol est un facteur de contrôle du bilan hydrologique, rarement évoqué. Les connaissances actuelles sur le sol sont encore très largement insuffisantes.

Impact de la variation de la réserve en eau d'un sol sur le bilan hydrologique Pluie annuelle 615 mm Température annuelle 10,4°C (climat actuel du plateau de l'Eure)

RFU du sol en mm

50

100

150

Ecoulement annuel en mm

165

115

100

Période d'efficacité des précipitations

nov à mars déc à mars janv à mars

Période de déficit pédologique

juin à sept juil à sept août à sept

Exemple d'une chronique de drainage modélisée par Safran-Isba-SIM dont la précision pourrait être améliorée par un meilleur calage de la réserve en eau du sol

problème de surestimation de la réserve hydrique du sol

Source : Safran_Isba-SIM, Rivages normands 2100, CAC

piézométrie en m

ETP et dainage en mm

reprise de recharge aquifère non prévue par le modèle

Relation entre l'évapo-transpiration potentielle journalière, le drainage journalier, modélisés par la chaîne Safran-Isba-SIM, et la piézométrie mesurée dans une nappe des aquifères dunaires de la Manche

03

La température des cours d'eau

Les facteurs de contrôle de la température des cours d'eau

• La température augmente avec l'éloignement à la source, où se situent en général les principales arrivées d'eau souterraine, et le temps de résidence de l'eau dans le cours d'eau, jusqu'à équilibre avec la température de l'air
• Elle augmente également au fur et à mesure que le cours d'eau s'élargit (influence de l'exposition au rayonnement solaire) et que la vitesse d'écoulement diminue
• facteurs orbitaux (alternance nuit/jour, saisons), facteurs locaux, physiographiques

Le rôle de la ripisylve

La ripisylve permet d'écrêter les pics thermiques en interceptant une partie du rayonnement solaire et en consommant de l'énergie dans les processus de respiration / croissance des arbres et du feuillage

La Seulles et sa ripisylve

La cartographie de la densité de ripisylve est disponible en ligne au même titre que de nombreuses autres informations sur les bassins versants

Les rivières alimentées par les eaux souterraines ont une température plus tamponnée que les autres

Différences thermiques entre deux cours d'eau alimentée par la craie karstique (Croix-Blanche, Authou) et par des aquifères armoricains (Vingt-Bec)

C-B

V-B

Vingt-Bec etCroix-Blanche

source planetobserver

La température de la nappe de la craie est d'environ 11-12°C, été comme hiver

traitement F. Gresselin

Bassins versants de taille équivalente

La température des cours d'eau d'autant plus orientée à la hausse que ces derniers sont faiblement alimentés par les eaux souterraines

Environ 1°C au cours de la dernière décennie pour le Couesnon

T°C

30 20 10 0

Iton à la Chaise-Dieu-du-Theil

Couesnon à Romazy

2009 2013 2017 2021 2025

Le réseau de suivi patrimonial de la température des cours d'eau s'étiole d'année en année. Il convient de lancer un audit pour en comprendre les raisons

Modélisation de la température estivale des cours d'eau normands

Modélisation de la température moyenne maximale actuelle sur 7 jours consécutifs (MTw7J) . Source : TIGRE

TIGRE : modèle développé à l'échelle de la France par Aurélien Beaufort et Florentina Moatar de l'INRAE. Application aux cours d'eau de Normandie réalisée par Hugo Le Lay de l'Agrocampus Ouest (Université de Rennes) dans le cadre du programme de recherches QUAE

réseau hydrographique mal modélisé

+ info

La solubilité de l'oxygène dans l'eau diminue avec l'augmentation de la température, la teneur à saturation passant de 14,16 mg/L à 0°C à 8,84 mg/L à 20°C

Variations de la concentration en oxygène dissous et de la température de la rivière Styles Brook

source : Ausable Freshwater Center (New York State)

La concentration en oxygène dissous dépend de très nombreux facteurs dont la photosynthèse et le niveau de pollution chimique et organique du cours d'eau

Gamme de tolérance des poissons vis-à-vis de la concentration en oxygène dissous dans l'eau

Oxygène dissous dans l'eau en ppm

• Le changement climatique a des effets insidieux auquel on ne pense pas
• Il agit sur la concentration en oxygène dissous de l'eau, élément indispensable à la vie de nombreux organismes aquatiques
• Il convient de mesurer la température de ces milieux mais aussi leur variation en oxygène dissous

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

<3 trop faible pour les poissons

6 frai possible

>9 populations abondantes

3 -5 stress important tolérance de 12 à 24 heures

>7 croissance

Nitrates mg/L : une évolution à la baisse dans certains bassins versants, comme dans le Couesnon

NO3- mg/l

Polder à Beauvoir (drain rejet rive gauche Couesnon)

Couesnon à Sougéal

100 80 60 40 20 0

dénitrification estivale

2013 2018 2023

2013 2018 2023

70 kg/ha de fuite de nitrates tout de même !

Pesticide total µg/l

Malgré les efforts, de fortes concentrations en pesticide persistent dans le Couesnon. Qu'en est-il des PFAS, nanoplastiques...?

Polder à Beauvoir (drain rejet rive gauche Couesnon)

5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0

prélèvement post pluie

Pesticide total µg/l

Couesnon à Sougéal

2.5 2 1.5 1 0.5 0

prélèvement en condition météorologique variable

2021 2022 2023 2024

2021 2022 2023 2024

environ 300 kg/an soit 3 g / ha soit 1/1000 de ce qui serait utilisé ?

Quoi de neuf sur les eaux souterraines ?

04

Evolution piézométrique de la nappe de la craie à Ancreteville-sur-Mer (est de Fécamp) et à Chaignes (est d'Evreux)

niveau en m

60 50 40

1965 1985 2005 2025

95 85 75

1965 1985 2005 2025

Evolution de la température moyenne annuelle des sols depuis les années 1970

T°C

Tiens, les sols sont plus chauds en profondeur !

tendance : + 0.035°C par an

Quel blaireau ! Tout le monde sait ça !

Profondeur

10 cm 30 cm 100 cm

source : université de Reading (Angleterre)

La température du sol : évolution en fonction de la profondeur

Profondeur sous le sol

Variation thermique du sous-sol en °C

16° 13° 10°

estompage et déphasage du signal avec la profondeur

2 m

déphasage

14° 13°12°

4 m

déphasage

12.5° 12° 11.5°

6 m

déphasage

13.5° 13° 12.5°

8 m

aout février août février

Evolution du signal thermique de la nappe selon l'épaisseur de la zone non saturée

Température de l'eau en °C

nappe libre très peu profonde (≃ 1.5 m) à variabilité thermique et déphasage modérés

nappe peu profonde ((≃ 2.5 m) avec faible variabilité thermique et fort déphasage

nappe profonde (≃ 10 m) avec très fort déphasage (10 mois) et très faible variabilité thermique

Evolution du signal thermique de la nappe : effet du lessivage de la chaleur stockée dans la zone non saturée en période de recharge

Niveau piézométrique en m

Température en °C

Nappe libre, aquifère calcaire fissuré. Profondeur du toit de la nappe de 8,5 m en moyenne

Période de recharge

Période de décharge

L'évolution de la température suit ici les cycles de recharge / décharge de l'aquifère

Le signal thermique des eaux souterraines peut être influencé par plusieurs facteurs de contrôle à la fois

Piézométrie en m

T en °C

14 13 12

15 10 5

pic lié à la recharge

piézométrie

influence de la diffusivité thermique

2022 2023 2024 2025

Le rôle de la température de la nappe des alluvions de l'Orne dans la pondération de l'effet de l'îlot de chaleur urbain dans Caen. Canicule de juillet 2022

Sous-titre

source : Olivier Cantat

Et un argument de plus pour protéger les zones humides !

la prairie de Caen

Influence d'orages sur la piézométrie en P1

recharge automnale classique

recharge de la nappe sur pluie estivale

source : CC CMB

Comparaison entre les chroniques thermiques de P1 et P7

Hypothèse : les perturbations thermiques observées en P1 seraient liées à l'infiltration, dans un fossé jouxtant le forage, d'eau de ruissellement provenant de la zone d'activité de Gouville. En été, les eaux de pluie se réchaufferaient au contact des surfaces imperméabilisées avant de s'infiltrer dans la nappe. En hiver, elles se refroidiraient au contact de ces mêmes surfaces. Le profil thermique en P7 ne semble pas influencé par la présence du camping et offre ainsi un état de référence.

Le profil thermique de la nappe des sables dunaires est fortement influencé en P1 par les recharges aquifères se produisant en été. Il l'est aussi par les recharges hivernales. Les recharges n'ont pas d'impact sur le comportement thermique de la nappe en P7.

Comparaison entre les chroniques de conductivité produites en P1 et P7

Comparaison entre les chroniques de conductivité produites en P1 et P7

Le profil de conductivité de la nappe en P1 présente trois pics de forte amplitude et de durée allant de 10 à 30 jours. Il ne s'agit ni d'un phénomène cyclique lié à la marée (cycle de 28 j) ni de pics induits par la pluviométrie. Celle-ci fait baisser la conductivité en été.

Hypothèse : il s'agirait d'une pollution générée par un rejet d'eau de mer dans le fossé longeant le point de suivi P1 (vidange de bassins de la zone conchylicole ?)

Relation entre la marée, la piézométrie et la température de l'eau souterraine. Site de Lion-sur-Mer (mairie)

signaux piézométrique et thermique en opposition de phase

signaux thermique et piézométrique en phase

faible amplitude et inversion de phase

amplitude du signal thermique orientée à la hausse

signal structuré par les alternances vives-eaux / mortes-eaux

Et du côté des zones humides ?

05

Le drainage des sols contribue à minéraliser la matière organique qu'ils contiennent, à libérer des nutriments et ainsi favoriser la croissance des plantes

isthme du Cotentin

estuaire de la Seine

© F. Gresselin Mont-St-Michel

baie du Mont-St-Michel

marais de la Dives

source IGN et Nasa

Le sodium contribue à déstabiliser les ponts cationiques s'exerçant entre la matière organique et les argiles dans les sols, ce qui contribue aussi à la libréation du carbone. La pénétration d'eau de mer dans les marais maritimes modifient donc fortement les conditions édaphiques des sols

Vicq-sur-Mer

ligne

marais maritime

de

rivage

tamaris noyé sous le sable

ligne de rivage actuelle

substratum tourbeux du marais maritime en cours d'érosion

l'Eémien

de

©google earth

Un exemple dans le Val-de-Saire (commune de Vicq-sur-Mer, 50)

©F. Gresselin

On observe ponctuellement une forte désorption de matière organique des sols littoraux

Dreal Normandie, équipe drone

Drains et mare riches en matière organique désorbée. Marais de Meuvaines (Bessin)

Dreal Normandie, équipe drone

Un des émissaires drainant le marais de Meuvaines (Bessin) et son écoulement chargé en matière organique

La subsidence de certains marais s'exerce-t-elle en lien avec la minéralisation de la matière organique provoquée par le drainage agricole ?

Merderet

mm/an

voie SNCF

Fresville

30 0 -30

déplacement en mm

6 mm/an

Saint-Mère Eglise

06/02/2019 13/10/2023

L'élévation du niveau de la mer provoque celle du niveau des nappes d'eau souterraine des zones basses du littoral. Cela contribue au contraire à la minéralisation de la matière organique dans les sols gorgés d'eau

futures zones de débordement de la nappe à l'horizon 2050 du fait de l'élévation de 15 cm du niveau marin

Profondeur hivernale de la nappe en m

0 0.15 0.5 1 2 3 >3

pilotage scientifique : OSERen / DREAL

Alors, les zones humides émettent-elles du carbone ou, au contraire, en fixent-elles ? Il faut restaurer leur potentiel de puits de carbone, c'est urgent

sol pauvre en matière organique

sol riche en matière organique

sol extrêmement riche en matière organique

© IGN

Le stockage du carbone dépend de l'état d'engorgement du sol. un exemple en Bretagne (baie du Mont-St-Michel)

Une partie importante des zones humides littorales va disparaître du fait de l'élévation du niveau marin.

paléofalaise éémienne

source : DREAL Normandie

Les côtes basses vont progressivement disparaître au bénéfice de côtes à falaise, y compris dans certaines parties des estuaires

Meuvaines

ex : Meuvaines

©F. Gresselin

Colleville-sur-Mer

ex : Colleville-sur-Mer

©F. Gresselin

Colleville-sur-Mer

Grandcamp-Maisy

ex : Bessin

©F. Gresselin

source Frédéric Gresselin

Qu'adviendra-t-il de l'eutrophisation littorale lorsque les zones humides et leur capacité d'écrêtement des nitrates auront disparu ?

• on risque gros
• croissance / échouages d'algues
• hypoxie, anoxie temporaires
• perturbation des écosystèmes littoraux
• impacts sur la conchyliculture, la pêche, le tourisme, les loisirs balnéaires
• problèmes sanitaires

Dreal Normandie, équipe drone. Grancamp-Maisy

Deux programmes de recherche qui devraient nous permettre de mieux comprendre ces problématiques

• CoLiSHyM'Eaux

• Archange

• marais du Bessin
• cycle du carbone et de l'azote
• marinisation en cours

• inondations et salinisation des eaux souterraines
• impacts sur l'agriculture en zone humide
• élévation du niveau marin

L'altération et la fragmentation des corridors humides par les infrastructures routières et l'urbanisation produit des impacts difficiles à évaluer

• pollutions
• perte d'habitat
• l'isolement progressif de populations animales et de communautés végétales
• impact sur la reproduction et potentiellement sur la génétique

© DREAL Saint-Germain-sur-Ay

Gravières, mares de gabions, anciens étangs de pêche, plans d'eau d'agrément...certaines vallées sont totalement dénaturées par ces aménagements tandis que d'autres sont réamnéagées...

Arques-la-Bataille

Le Havre

Le Mesnil-sur-Iton

Boucle de Jumièges

Altération urbaine du corridor humide de la Touques à Lisieux

Altération du corridor humide de l'Iton à Damville

Méthodologie développée par Cyrille Bicorne et Frédéric Gresselin DREAL/SMCAP Non publié

Merci de votre attention

Dreal Normandie, équipe drone

Write a great headline

Contextualize your topic

Did you know that Genially allows you to share your creation directly, without the need for downloads? Ready for students to view it on any device and learn from anywhere.

A great title

When conducting a presentation, two objectives must be pursued: conveying information and avoiding yawns. It may be good practice to create an outline and use words and concepts that aid in content assimilation.

When you make a WOW presentation, interactivity and animation are your allies and boost motivation and participation in your classes.

Genially

Need more reasons to use dynamic content in class? Well: 90% of the information we assimilate comes through sight, and we retain 42% more information when the content moves.

A great title

We don't like to bore in our classes or work with flat content. It's time to bet on dynamic and interactive learning experiences that stimulate the thinking and creativity of each student.