Soutenance mémoire
Enjeux liés aux retenues et à leur usage
Les retenues des bassins versants agricoles sont associées à de multiples enjeux, qui concernent principalement l’agriculture, l’environnement et leur gestion. Outre les fonctions directement visées par la construction de retenues, ce chapitre met également en perspective leurs fonctions moins attendues ou moins souhaitables, afin de présenter l’ensemble des questions associées à ces enjeux.
Enjeux agricoles
Sécuriser l’accès à la ressource en eau face à la variabilité climatique
Limiter l’effet de la variabilité climatique saisonnière
La variabilité des précipitations est un facteur important du développement des cultures qui se traduit par un besoin de stocker de l’eau (McCartney and Smakhtin, 2010). Dans les régions où il existe un déséquilibre entre besoin en eau des cultures et précipitations, les retenues sont donc généralement vues comme un moyen de pallier la variabilité climatique saisonnière. En permettant le stockage d’eau, elles rendent la ressource en eau disponible l’ensemble de l’année pour l’irrigation des cultures et l’abreuvement du bétail (Habets et al., 2014). Les retenues permettent ainsi de limiter la pression exercée sur la ressource en eau, notamment en période sèche (Nyadzi et al., 2018).
On retrouve donc en premier lieu ces ouvrages dans les zones climatiques caractérisées par une forte variabilité des précipitations (McCartney and Smakhtin, 2010). D’une part, cela peut être dans les zones arides ou semi-arides. Ainsi, en Afrique, les retenues sont avant tout construites pour répondre à des « chocs climatiques » (Venot and Krishnan, 2011). En Algérie, l’irrégularité et la faiblesse des pluies naturelles, souvent orageuses, a amené l’Etat à développer un plan de construction de retenues, pour augmenter la disponibilité de l’eau durant l’année (Habi and Morsli, 2011). Au Ghana comme au Brésil et en Tunisie, les retenues sont aussi vues comme un moyen de limiter les effets de la variabilité du climat (Albergel et al., 2005; Essegbey et al., 2012; Malveira et al., 2012; Rodrigues et al., 2012). D’autre part, cela peut être dans les régions tropicales. Aux Philippines, la variabilité de la distribution dans l’espace et le temps du besoin en eau des cultures y est si importante que des retenues sont utilisées pour pallier la faible disponibilité en eau en saison sèche (Balderama, 2010). En Inde, les retenues sont également utilisées pour pallier la variabilité du climat due à la mousson, stockant l’eau en saison pluvieuse pour l’utiliser lorsque la pluie est manquante (Perrin et al., 2012). Cependant, les retenues, en raison de capacités de stockage limitées, ne peuvent pas toujours satisfaire les besoins en eau, exprimés ou réels. Un des enjeux est donc d’estimer dans quelle mesure les retenues peuvent atténuer les variabilités climatiques saisonnières.
S’adapter au changement climatique
A l’horizon 2050, le changement climatique risque d’induire une baisse des précipitations et une augmentation des températures dans de nombreuses régions des moyennes latitudes et subtropicales arides (Stocker et al., 2014). Ainsi, en France, la baisse prévue des précipitations dans le Sud-Ouest pourrait atteindre 20 % entre 1990 et 2060, ce qui risque d’abaisser les débits de 11 % (Caballero et al., 2007). Ce changement pourrait accroître le déséquilibre saisonnier déjà observé entre besoin en eau des cultures et précipitations.
Des études menées en différents points du monde ont montré que les retenues pourraient être un moyen pérenne d’augmenter la disponibilité en eau dans un contexte de changement climatique (e.g. Biglarbeigi, 2019; Krol et al., 2011). Pour Mbinji (2010) qui a travaillé sur le Ghana, les retenues seraient un moyen de limiter les effets du changement climatique sur la production de biomasse des cultures, notamment en zone semi-aride. Au Maroc, la construction de retenues est même vue comme nécessaire pour s’adapter au changement climatique (Alahiane et al., 2016). En Europe, Iglesias et Garrote (2015) ont conclu d’après une analyse bibliographique que les retenues utilisées pour l’irrigation étaient, à l’échelle de l’exploitation agricole, la mesure d’adaptation au changement climatique la plus bénéfique. Le changement climatique va également avoir un effet sur l’hydrologie et donc les volumes d’eau stockés dans les retenues (Krol et al., 2010). Ce changement va ainsi par incidence modifier les prélèvements pour l’irrigation effectués dans les réseaux de retenues (Kim et al., 2019). Hallegate (2009) a mentionné qu’à l’échelle mondiale, les retenues pourraient être efficaces face à des changements climatiques modérés, mais inefficaces pour les scénarios les plus pessimistes. Les retenues ne sont donc pas toujours efficaces en contexte de changement climatique (Nassopoulos et al., 2012).
Une étude récente au Ghana a souligné que la capacité d’adaptation permise par les retenues dans le cadre du changement climatique était à ce jour inconnue (Krol et al., 2010), ce qu’Eilander et al. (2014) attribuent à la méconnaissance du fonctionnement et des effets des retenues. Un des enjeux est donc de pouvoir estimer et évaluer les effets des retenues dans un contexte de climat non stationnaire prenant en compte l’ensemble des effets du changement climatique, notamment sur l’hydrologie.
Répondre à la volonté d’augmenter la production de biomasse des cultures
Augmenter et sécuriser la production de biomasse des cultures
En lien avec l’enjeu de sécurisation de la ressource en eau précédemment cité, un autre enjeu associé aux retenues concerne l’augmentation de la production de biomasse des cultures grâce à l’irrigation que les retenues permettent (Vörösmarty et al., 2000). De nombreux pays, comme le Sri Lanka et l’Ethiopie, ont encouragé la création de retenues afin de compléter par l’irrigation l’apport en eau des cultures pluviales (Dharmasena, 1994; Evans et al., 2012) et ainsi augmenter la production de biomasse de ces cultures. A l’échelle mondiale, on assiste donc à une augmentation de la demande en eau d’irrigation, que les retenues peuvent permettre de satisfaire. Différentes études ont montré le potentiel de l’irrigation permise par les retenues pour augmenter la production de biomasse des cultures Selon Wisser et al. (2010), ce potentiel est particulièrement important en Asie et en Afrique.
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre 1 : Enjeux liés aux retenues et à leur usage
1. Enjeux agricoles
1.1. Sécuriser l’accès à la ressource en eau face à la variabilité climatique
1.1.1. Limiter l’effet de la variabilité climatique saisonnière
1.1.2. S’adapter au changement climatique
1.2. Répondre à la volonté d’augmenter la production de biomasse des cultures
1.2.1. Augmenter et sécuriser la production de biomasse des cultures
1.2.2. Diversifier les assolements
1.3. Augmenter les profits économiques
2. Enjeux environnementaux
2.1. Réguler les débits extrêmes
2.1.1. Limiter les inondations
2.1.2. Soutenir les débits d’étiage
2.2. Autres fonctions en lien avec l’hydrologie
2.2.1. Lutter contre l’érosion et la sédimentation
2.2.2. Améliorer la qualité des eaux
2.2.3. Participer au maintien voire développement des écosystèmes aquatiques
3. Enjeux de gestion de l’eau
3.1. Réduire les conflits d’usage de l’eau
3.1.1. Entre utilisateurs de la même retenue
3.1.2. Entre utilisateur de ressources différentes mais interdépendantes
3.2. Elaborer une politique de gestion des ouvrages
3.2.1. Gestion des ouvrages existants
3.2.2. Construction de nouveaux ouvrages
4. Conclusion
Chapitre 2 : Fonctionnement d’un bassin versant agricole avec un réseau de retenues
1. Aspects agronomiques
1.1. Organisation des exploitations agricoles
1.2. Cultures
1.2.1. Cycle de végétation
1.2.2. Transpiration des cultures
1.2.3. Réserve utile et eau disponible
1.2.4. Production de biomasse
1.3. Itinéraires techniques
1.3.1. Le travail du sol
1.3.2. Le semis
1.3.3. L’irrigation
1.3.4. La récolte
2. Aspects hydrologiques
2.1. Hydrologie d’un bassin versant
2.1.1. Bassin versant et réseau hydrographique
2.1.2. Processus hydrologiques
2.2. Fonctionnement hydrologique « local » d’une retenue
2.2.1. Flux entrants dans les retenues
2.2.2. Volume restitué à l’aval
2.2.3. Evaporation
2.2.4. Infiltration
2.2.5. Prélèvements agricoles
3. Utilisation et gestion de l’eau des retenues à usage agricole
3.1. Utilisation des retenues
3.2. Modes de gestion
4. Effets cumulés des retenues
4.1. Effets directs des retenues sur l’hydrologie et l’hydrogéologie naturelle
4.1.1. Flux hydrologiques
4.1.2. Flux hydrogéologiques
4.1.3. Flux atmosphériques
4.2. Effets indirects des retenues sur l’hydrologie et l’agronomie des parcelles irriguées
5. Conclusion
Chapitre 3 : Etat de l’art sur les méthodes d’évaluation des effets des retenues
1. Représentation du bassin versant et des retenues
1.1. Représentation spatiale du bassin versant
1.1.1. Modèles globaux
1.1.2. Modèles semi-distribués
1.1.3. Modèles distribués
1.2. Représentation spatiale des retenues au sein des modèles
1.2.1. Représentation globale
1.2.2. Représentation statistique
1.2.3. Représentation semi-distribuée
1.2.4. Représentation distribuée
2. Processus agro-hydrologiques simulés
2.1. Agronomie, gestion des cultures et de l’eau et hydrologie simulés sur le bassin versant
2.1.1. Hydrologie
2.1.2. Agronomie
2.1.3. Gestion des cultures et de l’eau
2.2. Hydrologie des retenues
3. Conclusion
Chapitre 4 : Problématique et démarche scientifique
1. Synthèse des besoins de connaissance
2. Objectifs de thèse
3. Démarche scientifique
Conclusion générale
