Soutenance mémoire
Eclairage sur la prise en compte des petites retenues agricoles dans la règlementation étrangère à travers quelques exemples
Les éléments recueillis sur la règlementation des retenues au sein de quelques pays étrangers (Australie, NouvelleZélande, Etats-Unis, Royaume-Uni, Espagne) où cette problématique est prégnante, bien que partiels, soulignent les différences notables avec le contexte français, ainsi que les points de convergence. A priori, l’impact cumulé de ces retenues ne semble, la plupart du temps, pas traité dans les documents consultés. Globalement, la gestion des retenues au sein de ces pays s’effectue soit à l’échelle régionale, soit à l’échelle étatique, avec une règlementation relative à ces petits barrages* agricoles qui diffère selon les régions ou Etats. L’Australie, qui est confrontée tout particulièrement à des épisodes de sécheresse prolongés et de plus en plus fréquents, a vu le nombre de ses petites retenues agricoles augmenter depuis les années 2000, comme la plupart des autres pays abordés dans cette partie. Le gouvernement australien a par conséquent opté pour une gestion de la ressource en eau qui tente de concilier l’ensemble des usages de l’eau dans les zones de régulation, et qui intègre notamment le système des marchés de l’eau. Cet instrument économique, utilisé également en Californie mais aussi au Chili, reste finalement assez marginal en Australie car il ne représente que 5 à 10 % des volumes prélevés chaque année, même en période de sécheresse. Par ailleurs, la prise en compte de la nécessité de préserver l’environnement, liée à la prise de conscience de la dégradation des milieux aquatiques, a conduit le gouvernement fédéral à axer plus particulièrement ses efforts sur le bassin hydrographique de Murray-Darling, qui constitue la région agricole du sudouest australien où les besoins en eau sont les plus élevés par suite de l’occupation agricole du sol. Les quotas de prélèvement d’eau y ont ainsi été revus à la baisse, ce qui a profité à l’environnement. Le gouvernement fédéral australien s’oriente désormais vers une politique de réduction des quotas d’eau, et globalement une limitation des retenues agricoles sur le bassin de Murray-Darling. Aux Etats-Unis, les petites retenues agricoles sont également très nombreuses et leur construction est de plus en plus contrôlée dans certains Etats, dont la Californie. Les marchés de l’eau californiens jouent un rôle encore plus marginal qu’en Australie, car ils ne représentent que 3% des volumes consommés annuellement. La préservation des milieux aquatiques est apparue dans ce pays notamment grâce à la gestion des débits environnementaux au niveau des infrastructures de taille conséquente. En Nouvelle-Zélande, les petits barrages agricoles connaissent une importance croissante du fait de la demande en eau toujours plus conséquente, liée notamment à l’agriculture intensive, qui est le principal moteur du développement économique. Le nombre exact de petites retenues agricoles étant mal connu, un travail de recensement de ces ouvrages a été initié par les conseils régionaux d’Auckland et de Northland. Désormais, 98% des prélèvements de 5L/s ou plus réalisés en Nouvelle-Zélande seront mesurés et comptabilisés. La politique de gestion de l’eau instaurée en NouvelleZélande soutient ces infrastructures qui permettent de sécuriser l’accès à l’eau, mais en surveillant tout de même leur développement. En Angleterre et au Pays de Galles, ce sont les Agences environnementales qui gèrent les licences de prélèvements et de retenues. Grâce à ce système d’attribution de licences, ces deux pays européens contrôlent ainsi combien, où et quand l’eau est prélevée. Ces pays s’appuient sur la procédure CAMS qui évalue grâce aux débits environnementaux (environmental flow indicator) la quantité d’eau disponible pour un prélèvement sur un bassin-versant. Même s’ils ne sont pas exhaustifs, ces quelques exemples de règlementation des retenues à l’étranger, non transposables en droit français tendent plutôt à montrer que la France dispose d’un socle règlementaire encadrant la construction et la gestion des retenues relativement riche et que les résultats de cette expertise pourraient au final intéresser potentiellement d’autres pays.
Les enseignements de la phase exploratoire
Cette première étape, qui a exploré la littérature opérationnelle a montré qu’à l’échelle d’une seule retenue, de nombreuses données et connaissances étaient déjà disponibles pour aborder l’effet des retenues de taille importante, à l’inverse des retenues de faible taille, notamment des retenues collinaires, pour lesquelles les données sont beaucoup moins nombreuses. L’analyse a toutefois montré que les informations étaient souvent de nature qualitative, ou le contexte de la retenue pas assez explicité pour que les facteurs déterminant le fonctionnement du système soient suffisamment caractérisés et qu’il soit facile de transposer/remobiliser les connaissances dans un autre contexte que celui où elles ont été acquises. Pour ce qui concerne les effets cumulés, l’hydrologie et l’hydrogéologie semblent actuellement les domaines les plus à même de les aborder, entre autres par le biais de la modélisation. Le type de modélisation à mettre en œuvre reste toutefois à préciser, notamment en fonction des besoins émanant de l’évaluation de l’effet des retenues sur les autres variables du système (transport solide, physico-chimie, écologie). De par son rôle de vecteur, l’hydrologie pilote en effet en grande partie ces autres composantes, mais les paramètres clés ne sont pas forcément les mêmes pour toutes ces composantes. On peut citer par exemple a priori : les débits forts pour le transport solide et l’hydromorphologie, les débits caractéristiques pendant les périodes critiques pour les organismes aquatiques (étiage, reproduction …), la saisonnalité des débits pour la qualité physico-chimique de l’eau. Par ailleurs, certaines méthodes permettant de faire le lien entre les altérations du régime hydrologique associées au cumul de retenues et les altérations d’habitat sont déjà mobilisables et permettent ainsi pour partie d’évaluer les effets induits sur les organismes aquatiques par les modifications hydrologiques. Elles sont toutefois axées essentiellement sur les étiages et sur les habitats piscicoles, et n’abordent les effets cumulés que comme la somme d’effets individuels : elles méritent d’être complétées pour rendre compte des interactions entre les processus écologiques conditions hydrologiques et physico chimiques, et des effets de seuil qui en résultent certainement pour les compartiments biologiques. Enfin, cette première étape a montré que certaines métriques biologiques sont sensibles à la présence de retenues : elles peuvent déjà ainsi permettre de réaliser un diagnostic de l’état initial avant implantation d’une retenue, voire de discuter de l’acceptabilité de certaines retenues. Elles n’autorisent toutefois pas encore une démarche prédictive, qui permettraient d’anticiper l’impact attendu d’une ou de nouvelle(s) retenue(s) sur certains compartiments biologiques. D’un point de vue opérationnel, cette première phase a mis en évidence la nécessité pour les acteurs en charge de l’évaluation de l’impact cumulé des retenues de disposer de données, sous une forme facilement interrogeable et mobilisable. Cela parait un préalable indispensable à la mise en œuvre de méthodes adaptées à la problématique, qui s’appuieront nécessairement pour conduire à des résultats pertinents sur un ensemble de données cohérent et de précision suffisante.
Approches analytiques vs approches de planification
Une autre classification peut être proposée, qui distingue approches analytiques et approches de planification. Pour les premières, l’évaluation des effets cumulés est une activité qui génère essentiellement de l’information, en se basant sur une analyse et une démarche scientifiques, pour générer un flux d’information vers les décideurs, afin qu’ils puissent prendre des décisions fondées. Pour les deuxièmes, les principes de la planification sont utilisés pour déterminer une hiérarchie dans un choix d’allocation de ressources. Le choix final est dans ce cas basé sur des normes sociales explicites, qui fondent les règles de décision pour comparer et hiérarchiser des scénarios alternatifs, et aboutir à un compromis entre objectifs environnementaux, économiques et sociaux. Ici l’évaluation des impacts cumulés est vue comme un corollaire de la planification globale : elle va donc plus loin que la fonction analytique de collecte d’information, analyse et interprétation, pour inclure également une évaluation quantitative des critères considérés, une orientation multiobjectifs et une prise de décision participative. Pour rendre compte correctement des trois points énoncés plus haut (sources multiples de changements ; processus d’accumulation additifs ou interactifs ; effets cumulés de natures diverses), une méthode doit idéalement pouvoir représenter :
1. L’accumulation temporelle des effets, qui advient quand l’intervalle entre une perturbation et les suivantes est trop court pour que le système, une de ses composantes ou un processus en jeu puisse récupérer de cette perturbation. Le respect de ce critère suppose donc que la méthode d’évaluation puisse considérer à la fois la durée et la fréquence des perturbations. Elle doit aussi pouvoir intégrer un horizon de temps long pour détecter les changements induits à long terme, ou les effets retard.
2. L’accumulation spatiale des effets, qui se produit quand la distance spatiale entre perturbations est plus petite que la distance requise pour supprimer ou disperser les perturbations. Une méthode d’évaluation doit pouvoir rendre compte de l’échelle géographique à laquelle se manifestent les perturbations, permettre de définir les limites spatiales de l’étude en cohérence, et permettre de représenter la façon dont les perturbations et leurs effets sont différentiés dans l’espace. Elle doit aussi pouvoir prendre en compte à la fois les flux/mouvements à travers les frontières à la même échelle (par ex intrarégionale) tout comme entre les différentes échelles (local à régional puis global). La capacité à considérer la distribution spatiale, notamment surfacique est particulièrement importante, parce que l’évaluation des effets cumulés est souvent menée dans un contexte régional.
3. Les différents types de perturbation, qui proviennent de sources multiples, ou de perturbations provenant de la même source, mais répétée dans le temps ou l’espace.
4. Les processus d’accumulation, qui résultent des relations qui lient cause et effet. Une méthode doit pouvoir rendre compte de la façon dont le système évolue.
5. Les effets fonctionnels, c.-à-d. l’altération des processus (flux d’énergie, cycle de nutriments, succession) ou les modifications des propriétés fonctionnelles (par ex : capacité d’assimilation, de transport, dépassement de seuil modifiant le fonctionnement du système). Ceci implique de pouvoir prendre en compte des changements évolutifs dans le temps, d’accumulation dans le temps, des effets retard ou des effets liés à des seuils de déclenchement.
6. Les effets structurels, qui incluent les changements de populations, la modification d’habitat, et les altérations des ressources géophysiques (air, eau, sol). Comme pour les effets fonctionnels, une méthode doit être capable d’identifier, d’analyser et d’évaluer les changements structurels dans le système environnemental, une de ses composantes ou processus. Ce type de changement est perçu comme essentiellement spatial ; il suppose de pouvoir prendre en compte l’accumulation spatiale, les effets de fragmentation ou les flux entre frontières. Ces critères permettent surtout d’évaluer la composante analytique, plus que de planification de ces méthodes. En général, les méthodes appréhendent mieux la dimension spatiale que la dimension temporelle. Ceci est en partie lié à la disponibilité limitée de données antérieures, mais reflète surtout une difficulté inhérente à prendre en compte des processus variant dans le temps. Par ailleurs, la nature variable et aléatoire des processus complique leur intégration dans nombre de méthodes. Ceci suggère que les développements futurs soient plutôt orientés vers des méthodes capables d’analyser et évaluer les trajectoires d’accumulation. Les méthodes basées sur la modélisation, par exemple via des modèles de simulation numériques, et s’appuyant sur des systèmes d’information géographiques semblent actuellement celles qui permettent d’appréhender la problématique de l’évaluation des effets cumulés et ses multiples facettes de la façon la plus satisfaisante. D’autres méthodes, a priori moins complexes, comme par exemple les matrices interactives ou les méthodes d’analyse de réseau peuvent également apporter des réponses intéressantes ; le recours à des outils d’information géographiques parait par contre relativement incontournable. Différentes classes de méthodes peuvent être combinées pour chaque cas particulier, en fonction de la nature du problème considéré, de l’objectif de l’évaluation, de l’accès aux données et de leur qualité, des ressources disponibles. Il semble en effet nécessaire, pour dérouler une évaluation de l’impact cumulé complète, d’articuler plusieurs méthodes pour à la fois analyser et évaluer les causes, trajectoires et effets.
Débits entrant et sortant
Le débit entrant dans une retenue dépend de sa position dans le bassin versant, de sa connexion au cours d’eau, et des caractéristiques du bassin (pédologie, géologie climat, occupation des sols) ; il est donc difficile de donner des ordres de grandeur sans préciser un contexte. Si la retenue est connectée à une rivière, les débits entrants peuvent être facilement mesurés directement. S’il s’agit d’une retenue collinaire, l’estimation des débits entrants est plus complexe. Les débits entrants peuvent être modélisés. Dans ce cas, plusieurs méthodes et modèles permettent d’estimer ce flux entrant, le plus simple étant celui développé par le Soil Conservation Service aux USA et considérant que le flux ruisselant est proportionnel à la pluie précipitée sur le bassin d’alimentation de la retenue, le coefficient de proportionnalité (Curve Number) dépendant notamment de la forme du bassin, de sa pente, du type de sol et de son humidité. Le débit sortant est généralement facilement accessible en termes de mesure. Cependant, l’information sur les débits sortant de l’ensemble des retenues d’un bassin est rarement disponible. Comme les débits entrants, les débits sortant sont fortement variables en fonction des conditions climatiques et physiographique locales, mais dépendent également du mode de gestion des retenues. Si les débits sortant ne sont pas accessibles par la mesure, ils sont alors simulés. Dans ce cas, le mode de fonctionnement de la retenue pris en compte pour l’estimation du débit sortant est important. Or, il faut souligner que l’essentiel des retenues étudiées sont pilotées selon une gestion de type « fill and-spill » c’est-à-dire qu’elles ne restituent de l’eau que par débordement, quand elles sont pleines. Le débit sortant est donc une résultante du volume d’eau de la retenue, du débit entrant, des flux d’infiltration et d’évaporation, et des prélèvements éventuels dans la retenue. Selon ce mode de gestion, l’impact instantané de la retenue est binaire : i) la retenue est partiellement vide et elle réduit alors de 100 % le ruissellement et le débit entrant, ou ii) elle est remplie à sa capacité maximum, l’effet sur le ruissellement et le débit est alors nul, la retenue restituant à l’aval les volumes entrant. Les autres types de retenues, pourvues d’un dispositif assurant un débit minimum, ou soumises à une gestion « active » ne sont que peu abordés. La pratique de l’irrigation est susceptible d’avoir en retour un effet sur les flux dans l’hydrosystème et les apports aux retenues, en augmentant par exemple les flux de ruissellement depuis les surfaces irriguées vers les retenues. Cet aspect a rarement été abordé, et si l’irrigation augmente effectivement la teneur en eau du sol, une étude menée sur un bassin versant de l’Alberta (Canada) n’a pas montré d’effet significatif sur le ruissellement. En zone de rizières inondées par contre, ces flux méritent effectivement d’être pris en compte.
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Table des matières
CHAPITRE INTRODUCTIF
I.1 Elements de contexte
I.1.1 Contexte et objectifs de l’expertise
I.1.2 Usages et tendances d’évolution des petites retenues à travers le monde
I.2 Règlementation française en lien avec les retenues et politique de gestion quantitative
I.2.1 Règlementation sur la gestion quantitative et lien avec les retenues
I.2.2 La prise en compte des effets cumulés des retenues dans le cadre de la réforme des études d’impact
I.2.3 Eclairage sur la prise en compte des petites retenues agricoles dans la règlementation étrangère à travers quelques exemples
I.3 Domaines abordés par l’expertise
I.4 Démarche adoptée pour l’expertise scientifique collective
I.4.1 Les enseignements de la phase exploratoire
I.4.2 Les limites et les questions en suspens mises en évidence par la phase exploratoire
I.4.3 La démarche adoptée
CHAPITRE II METHODES D’EVALUATION DES EFFETS CUMULES
II.1 Définitions et concepts utilisés pour l’évaluation des effets cumulés
II.1.1 Différents types d’effets cumulés
II.1.2 Etat initial, état de référence, métriques et seuils
II.2 Méthodes existantes
II.2.1 Approches basées sur les facteurs de stress (Stressor-based) vs approches basées sur les effets (Effectbased)
II.2.2 Approches analytiques vs approches de planification
II.2.3 Echelle et gouvernance, des notions très liées
II.2.4 Conclusions
CHAPITRE III RECENSEMENT DES RETENUES ET DE LEURS CARACTERISTIQUES
CHAPITRE IV EFFETS CUMULES DES RETENUES SUR L’HYDROLOGIE
IV.1 Influence locale d’une retenue : principaux processus en jeu
IV.1.1 Infiltration
IV.1.2 Évaporation
IV.1.3 Pluie directe
IV.1.4 Débits entrant et sortant
IV.1.5 Prélèvements dans la retenue
IV.2 Effets cumulés : des méthodes d’évaluation différentes pour des résultats qui convergent
IV.2.1 Méthodes basées sur les observations
IV.2.2 Méthodes basées sur la modélisation
IV.3 Conclusion sur les effets cumules des retenues sur l’hydrologie
CHAPITRE V EFFETS CUMULES DES RETENUES SUR LE TRANSPORT SEDIMENTAIRE ET L’HYDROMORPHOLOGIE DES COURS D’EAU
V.1 Effet d’une retenue sur le devenir des sédiments et la morphologie des cours d’eau
V.1.1 Une retenue piège les sédiments
V.1.2 …et modifie la morphologie du cours d’eau aval de façon complexe
V.2 Effets cumulés des retenues sur le transport sédimentaire et l’hydromorphologie des cours d’eau
V.2.1 Effets cumulés sur le piégeage des sédiments
V.2.2 Effets cumulés sur l’ajustement morphologique du cours d’eau
V.3 Analyse critique et perspectives pour l’évaluation opérationnelle de l’impact cumulé
CHAPITRE VI EFFETS CUMULES DES RETENUES SUR LES CARACTERISTIQUES PHYSICO-CHIMIQUES DES COURS D’EAU
VI.1 Effet d’une retenue sur la qualité physico-chimique de l’eau
Le cas particulier de l’eutrophisation
VI.2 Effets cumulés des retenues sur les caractéristiques physico-chimiques des cours d’eau
VI.2.1 Effets cumulés des retenues sur le devenir de l’azote
VI.2.2 Effets cumulés des retenues sur le devenir du phosphore
VI.2.3 Effets cumulés des retenues sur la qualité physico-chimique des cours d’eau : approches conceptuelles
VI.2.4 Conclusion
CHAPITRE VII EFFETS CUMULES DES RETENUES SUR LE COMPARTIMENT BIOLOGIQUE DU COURS D’EAU ET DE SON BASSIN VERSANT
VII.1 Effets d’une retenue sur les compartiments biologiques du cours d’eau
VII.1.1 Réponses aux drivers primaires
VII.1.2 La retenue : un obstacle à la dispersion
VII.1.3 …….Support de biodiversité
VII.1.4 …..mais source d’espèces exogènes et souvent invasives
VII.1.5 Exemples de réponse multifactorielle : réponses des communautés d’invertébrés benthiques en présence d’une retenue
VII.2 Effets des retenues sur les compartiments biologiques du cours d’eau et de son bassin-versant
VII.2.1 Des effets largement liés à la densité de retenues sur un bassin-versant
VII.2.2 La fragmentation des habitats et l’évolution de la connectivité du milieu influencent en profondeur les biocénoses aquatiques
VII.2.3 Des outils et méthodes mobilisables pour aborder les impacts écologiques
VII.2.4 Des méthodes d’évaluation destinées à prévoir l’évolution des communautés à l’échelle du territoire
VII.3 Conclusion
CHAPITRE VIII CONCLUSION
Effets d’une retenue isolée
Effets cumulés des retenues
Des besoins de données et de recherche en suspens
Echelles de temps et d’espace : deux notions clés pour l’évaluation des effets cumulés
Glossaire
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