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Réponse à l'APR GICC 2010

Situation actuelle du sujet / Bibliographie commentée : ... spatiale des réponses, et mettaient en jeu une seule méthode de descente d'échelle. ...... de la ressource en eau (quantification et examen des incertitudes pesant sur les variables ...... Global hydrological cycles and world water resources, Science, 313, 1068-1072.




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DTG, UMR 7619 Sisyphe/CNRS, Cemagref Antony, CNRS/LTHE, Société du Canal de Provence, ACTEON

Coût prévisionnel total (TTC) : 1 410 519 euros

Montant de l’aide (TTC) demandé au programme GICC : 427 908 euros

Cofinancements assurés et/ou prévus (TTC) (y compris autres que nationaux) :
· Fonds propres : 982 611 euros
Autres projets de recherche : RIWER2030 (437 539 euros TTC), AVuPur (119 229 euros TTC)
Thèse demandée par Sisyphe : 83 000 euros

Durée (36 mois maximum) : 36 mois

Coût total du projet et budgets demandés :

En euroPersonnelEquipement informatiqueMission (dont réunions et conférences)Frais de publicationFonctionnement/gestionPrestation extérieureCoût total12230843105059713120005629128381Subvention demandée74080 (CDI BE ACTEON)+
168193 (CDD+ gratification, autres partenaires)3105059013115005569128381
Budgets demandés par partenaire et par poste (en euro) :

PartenaireMontant total demandéPersonnelEquipement informatiqueMission (dont réunions et conférence)Frais de publicationFonctionnement/gestionPrestation extérieureCemagref Lyon4672714759380001451320001748912558EDF/LNHE1625521587670008000100000EDF/DTG1192581200020005000000UMR Sisyphe252159750670501500030002270815823Cemagref Antony132445250482000300050050940LTHE1040284817120005700040000Société du Canal de Provence712061200030005000300040000ACTEON (PME)1016007408002800200024000TOTAL14105192422733105059013115005569128381

Résumé du projet de recherche et résultats attendus en termes de gestion environnementale :

Ce présent projet propose de progresser sur l’élaboration d’une vision prospective de la gestion de l’eau à l’échelle d’un territoire complexe et fortement anthropisé : le bassin de la Durance (S( 13000 km²). Il permettra de mettre à jour pour partie les résultats de l’étude « GICC-Rhône », datant de 2003, en se concentrant sur un des affluents majeurs du bassin du Rhône, parmi les plus contrastés en termes de régime hydrologique et de climat. Le projet bénéficiera des données et méthodes les plus récentes maîtrisées par les proposants.

Les partenaires se proposent de construire une représentation fidèle du fonctionnement actuel de l’hydrosystème (aspects quantitatifs et biologiques) et d’élaborer des projections climatiques et des scénarios socio-économiques territoriaux en étroite relation avec les acteurs de terrain impliqués dans la gestion de l’eau. Les principaux déterminants (entrées et sorties des représentations mises en oeuvre) seront appréhendés/décrits/modélisés à différentes échelles emboîtées, depuis l’échelle européenne jusqu’aux entités de gestion de ce bassin.

En outre au travers d’une plate-forme de modélisation intégrée des régimes influencés (tenant compte des éléments de gestion), transverse aux actions thématiques et qui servira dans les exercices de prospective usage / ressource, ce projet permettra une vision dynamique et quantifiée de différents scénarios de gestion établis en concertation avec les acteurs. Les travaux de modélisation intégrés permettront de fournir des bases scientifiques à la mise en place de stratégie d’adaptation sur un territoire très contrasté.

Ce projet sera l’opportunité de fédérer plusieurs équipes qui ont des actions de recherche sur le territoire et de faire coopérer opérationnels et spécialistes de différentes disciplines (météorologie, hydrologie, biologie et économie) sur des questions appliquées.

Un des résultats majeurs attendus sera la quantification des incertitudes, ceci afin dégager les grandes tendances sur lesquelles les gestionnaires peuvent élaborer une stratégie d’adaptation et de tester différents scénarios de gestions possibles permettant la satisfaction des besoins en eau des usagers à l’horizon 2050. Il est prévu une interaction forte avec les acteurs (notamment au travers de la participation à des comités de pilotage) afin de les impliquer dans la construction des scénarios prospectifs et afin de leur transférer les informations et résultats obtenus au cours du projet.

Le projet est décliné en Work Packages (WP) :
WP1 : Coordination du projet
WP2 :L’anthroposystème Durance
Caractérisation actuelle
Modélisation de la ressource naturelle
Modélisation des usages et gestion
WP3 : Projections climatiques
WP4 : Avenir de l’hydrosystème en configuration naturelle
Neige, bilans en eau et stress hydrique
Hiérarchisation des incertitudes : que peut-on dire des extrêmes ?
Cours d’eau intermittents et biodiversité : le cas de l’Asse
WP5 : Avenir de la demande en eau
WP6 : Confrontation demande/ressource, options de gestion intégrée et concertée
Débits sous influences et risque de défaillance
Options de gestion future


DESCRIPTIF DU PROJET
Justifications du projet de recherche :

Position par rapport aux termes de l’appel à propositions :

Les projections de développement socio-économique et du climat pour le XXIème siècle font peser de lourdes menaces sur les hydro-systèmes en Europe de l’Ouest. Le futur projeté par les modèles de climat est plutôt sombre pour la ressource naturelle de l’eau (fréquence accrue de vagues de chaleur et des séquences sèches à l’horizon 2100). Cette ressource serait fortement sollicitée du fait d’une augmentation de la demande en eau résultant d’un accroissement démographique et des besoins croissants liés aux activités économiques (e.g. Oki et Kanae, 2006). Dans ce contexte, des réflexions sur les méthodes et outils doivent être engagées pour identifier des capacités d’adaptation collective garantissant une gestion durable et équitable de l’eau en France et pour éclairer ainsi les décideurs.

Le projet déposé se propose de mettre en place une démarche prospective à l’échelle d’un territoire de gestion étendu complexe avec l’appui des opérationnels : le bassin de la Durance. Il a l’ambition de poser les bases objectives d’une stratégie d’adaptation. Il s’inscrit dans une recherche partenariale et une dynamique régionale (décrite plus loin en 1.3). Il viendra appuyer et compléter des démarches prospectives en cours sur le territoire en apportant un regard quantifié sur l’hydrologie.

Le projet de recherche contribuera également à renforcer la connaissance sur les stratégies d’adaptation au changement climatique nécessaires à l’élaboration du plan national d’adaptation pour la France. Après un premier rapport en 2005, intitulé : « La dérive climatique : comment s’adapter ? », l’Observatoire National des Effets du Réchauffement Climatique (ONERC) a élaboré en 2007 une stratégie nationale d’adaptation. . La promotion d’approches adaptées aux territoires est l’un des axes de cette stratégie qui semble particulièrement pertinent pour le projet de recherche. Les résultats du projet de recherche pourront être mobilisés pour nourrir les réflexions sur les stratégies pertinentes d’adaptation à partir de l’exemple concret du territoire Durance. Des synergies pourront également être développées entre les activités du projet de recherche et l’appel d’offre « Explore 2070 » du MEEDDM qui s’attache à identifier des stratégies d’adaptation permettant de réduire les déséquilibres entre capacité du milieu aquatique et pressions des usages et secteurs économiques, et d’évaluer les impacts environnementaux (sur les milieux aquatiques) et socio-économiques de telles stratégies d’adaptation.

Un point particulier sera porté au traitement des incertitudes. Un work package devra les quantifier à tous les niveaux de modélisation (depuis les scénarios climatiques jusqu’aux projections de débits) pour permettre une hiérarchisation des sources d’incertitude et les modes de propagation (y-a-t-il des facteurs d’atténuation ou d’intensification ?). L’analyse portera sur plusieurs variables d’intérêt (météorologiques, hydrologiques). Il est vraisemblable que la hiérarchie des origines des incertitudes évolue sur le caractère extrême (moyenne, maximum, etc.). Des études d’incertitude ont déjà été réalisées sur le bassin de la Seine (Ducharne et al., 2009), il s’agira de vérifier le caractère universel ou non des résultats précédemment obtenus en explorant un autre climat.

Le présent projet se positionne par rapport aux thèmes : « La question des extrêmes : risques et vulnérabilité », « L’adaptation et la nécessaire descente d’échelle », « Scénarios et incertitudes » et « Recherches en partenariat » de l’APR 2010.

Situation actuelle du sujet / Bibliographie commentée :

De nombreuses études ont porté ces dernières années sur l’impact du changement climatique sur l’hydrologie, notamment dans le cadre du programme GICC. En revanche, rares sont les travaux portant sur la gestion de la ressource sous changement climatique, préliminaire indispensable à l’élaboration d’une stratégie d’adaptation.

Deux études ont ainsi apporté des éléments de réponse sur les impacts hydrologiques du changement climatique sur le bassin de la Durance. Au début des années 2000, l’expérience GEWEX-Rhône et son prolongement GICC-Rhône ont mis en évidence un contraste saisissant entre les impacts du changement climatique au Nord du bassin du Rhône (Saône) qui verrait ses écoulements annuels amplifiés tandis que les débits annuels baisseraient au Sud, jusqu’à -40% sur le bassin de l’Ardèche (Leblois et al., 2003). Les principales conclusions pour ce qui concerne la Durance étaient une réduction du couvert neigeux, une fonte plus précoce dans l’année et des étiages plus sévères. Plusieurs limites réduisent aujourd’hui la portée de ces résultats : (1) les scénarios de grande échelle étaient issus d’anciens exercices de modélisation, (2) la méthode de descente d’échelle employée (méthode des perturbations ; Xu, 1999) manque de pertinence pour les extrêmes et (3) l’influence des usages n’a pas été prise en compte, le diagnostic ayant été effectué sur une hydrologie désinfluencée uniquement des barrages hydroélectriques d’EDF.

Plus récemment, Boé (2007) a examiné la réponse hydrologique en deux points situés sur la Durance pour deux horizons 2046-2065 et 2081-2100 en intégrant une méthode de descente d’échelle plus élaborée, permettant d’accéder aux évolutions des extrêmes hydrologiques. Les résultats confortent ceux obtenus précédemment (diminution de la couverture neigeuse, avancée de la fonte nivale). Cependant ces travaux récents ne bénéficiaient pas de débits naturalisés le long du réseau hydrographique pour apprécier la variabilité spatiale des réponses, et mettaient en jeu une seule méthode de descente d’échelle. Par ailleurs, la modélisation hydrologique utilisée pour cette évaluation présente de sérieuses limitations pour la simulation du comportement hydrologique du bassin (Lafaysse et al., submitted).

Ces deux études d’impact de référence se concentraient sur la construction d’approches de descente d’échelle et d’outils/modèles hydrologiques susceptibles d’intégrer les évolutions climatiques. Ce projet s’appuiera bien évidemment sur le savoir-faire acquis lors de ces travaux de recherche sur le secteur ou sur des grands bassins versants français : projets RexHySS sur la Seine, Imagine2030 sur la Garonne, VULCAIN sur les Pyrénées-Orientales. Il souhaite aller plus loin en abordant la problématique de la gestion de l’eau, en s’appuyant sur les travaux menés depuis quelques années dans d’autres territoires.

Les études d’impact à l’échelle européenne prévoient sur le pourtour méditerranéen une augmentation de la fréquences des sécheresses (Blenkinsop et Fowler, 2007) ainsi qu’une aggravation de la sévérité des étiages (Feyen et Dankers, 2009). Les conclusions sur l’évolution des crues s’avèrent elles beaucoup plus incertaines (Dankers et Feyen, 2008). De par leur échelle spatiale et en dépit de la prise en compte d’évolution de la demande en eau (Lehner et al., 2006), de telles études peuvent malheureusement difficilement informer les acteurs locaux de l’eau sur les stratégies à adopter face aux impacts du changement climatique. Les études prenant en compte les pressions anthropiques requièrent une connaissance des règles de gestion et des interactions entre les différents usages. Plusieurs raisons en expliquent la rareté : le caractère souvent sectoriel de la gestion de l’eau et la nécessité d’approches interdisciplinaires. Les systèmes isolés sont naturellement plus « accessibles ». De telles études sur des hydrosystèmes particuliers ont été effectuées jusqu’ici essentiellement de l’autre côté de l’Atlantique : État de Washington (Payne et al., 2004 ; Climate Impacts Group, 2009), Californie (Chung et al., 2009) et Canada (Fortin et al., 2007).

Articulation avec les programmes régionaux, nationaux et européens

Actions prospectives régionales
Ce projet veut s’inscrire dans la complémentarité avec les démarches prospectives d’ores et déjà engagées sur le bassin, notamment les Assises Régionales de l’Eau et la démarche SOURSE (Schéma d’Orientations pour une Utilisation Raisonnée et Solidaire de la ressource en Eau) pilotées par la région PACA. Au plan technique, le Conseil Régional PACA a émis un avis favorable à ce projet (contact téléphonique avec Mme Béatrice MAYEN, chef du service « eaux et milieux aquatiques »). On suivra de plus avec attention la deuxième étape de l’étude MEDCIE sur le Grand Sud Est de la France, étude qui a identifié des possibilités de conflits d’usage de l’eau en région PACA dans un contexte de changement climatique (MEDCIE, 2008). Outre les acteurs impliqués techniquement dans le projet (la SCP et EDF), nous avons obtenu un accord sur la participation d’autres établissements (décideurs, prescripteurs) à ce projet au travers notamment de comités de pilotage qui jalonneront le projet. L’Agence de l’Eau Rhône Méditerranée Corse, le Syndicat Mixte d'Aménagement de la Vallée de la Durance (SMAVD) et la DREAL PACA ont manifesté par écrit leur soutien (lettres ci jointes).

Actions de recherche régionales et nationales
Ce projet bénéficiera des apports du projet ANR RIWER2030 impliquant une partie de l’équipe proposante et portant sur le bassin amont de la Durance. L’objectif principal est de revisiter les résultats acquis lors d’études précédentes (Leblois et al., 2003 ; Boé, 2007) en intégrant en particulier la question des incertitudes liées à la descente d’échelle et à la modélisation hydrologique. RIWER2030 vise aussi la réduction de ces incertitudes, mais également leur prise en compte ultérieure dans l’analyse d’impact, ce qui constitue un deuxième objectif du projet. Au niveau national, le projet ANR SCAMPEI vise à apporter une réponse plus précise à la question du changement climatique dans les régions de montagne de la France métropolitaine en effectuant des modélisations à haute résolution du manteau neigeux sur tous les massifs montagneux de la métropole pour différents horizons. Un autre objectif est d'évaluer les incertitudes liées à nos résultats en se servant de l'approche multi-modèles. Il est prévu d’engager une collaboration et des échanges avec les équipes de SCAMPEI, notamment celles en charge de la modélisation de l’évolution du manteau neigeux (équipe MOSAYC du CNRM et Centre d’Etudes de la Neige), qui seront invités à des réunions scientifiques du projet. Ces projets ne couvrent que partiellement la problématique de gestion intégrée du bassin de la Durance : RIWER2030 se concentre sur la zone en amont de la retenu de Serre-Ponçon, et SCAMPEI n’examine pas les demandes en eau qui s’expriment en aval. En cas de succès, les participants du projet se rapprocheront des acteurs locaux de la recherche susceptibles d’intervenir sur la Durance, et notamment l’UMR EMMAH (INRA Université d’Avignon), potentiellement porteuse d’un projet en cours de préparation pour l’ANR CEP&S. Ce projet viserait à caractériser – en climat présent, a priori sans projections climatiques – le Val de Durance et la place de l’irrigation dans un contexte de changement global, et se focaliserait sur le fonctionnement de la zone du bassin située à l’aval de celle explicitement modélisée dans le cadre du présent projet. Ce projet serait donc parfaitement complémentaire de la présente proposition et les deux actions pourraient ainsi s’enrichir mutuellement.

Contexte européen
Une veille sera effectuée sur l’avancement des projets européens SCENES, ACQWA et WATCH afin de replacer les résultats obtenus sur la bassin de la Durance dans le contexte plus large des Alpes, de l’Europe du sud et du pourtour du bassin méditerranéen. Cette proposition s’inscrit de plus dans les réflexions et thématiques du programme HyMeX, notamment les Working Groups 2 (Continental Hydrological Cycle) et 5 (Social vulnerability and adaptation capacity), par la collecte de données sur les usages et leur prise en compte dans la modélisation, la définition de scenarii prospectifs d’évolution des usages, ainsi que par la quantification de l’impact du changement global sur l’évolution des ressources en eau. Le domaine d’étude est également examiné par le projet européen AdaptAlp (INTERREG IIIb) qui vise à proposer une cartographie des risques à l’échelle de l’arc alpin. Le Cemagref de Lyon est partie prenante de ce projet et contribue en proposant une analyse de tendances dans les observations de débits. Une modélisation hydrologique intervient pour identifier les origines des éventuelles dérives ou non-stationnarités, l’analyse se concentrant sur l’amont des bassins versant alpins.

Autres projets ou collaborations conduits par les proposants sur le même sujet, notamment dans le contexte européen

L’équipe proposante regroupe des compétences reconnues aux échelles nationale et internationale en matière de modélisation des impacts sous changement global. Les travaux proposés s’inscrivent ainsi dans la continuité de projets, en cours ou récemment achevés, portant sur l’impact du changement global (évolution climatique ou modification des occupations du sol) sur des bassins français. Le tableau suivant mentionne les actions de recherche, dans lesquelles les partenaires ont été ou sont actuellement impliqués :

ProjetDomaineCoordinateurStatutPersonnes impliquéesRExHySS
(GICC2)Seine et SommeAgnès Ducharne (Sisyphe)AchevéAgnès Ducharne et Ludovic Oudin (Sisyphe), Eric Sauquet (Cemagref HHLY)HYDROQUALLoireFlorentina Moatar (Univ. de Tours)En cours (fin prévue en juin 2010)Agnès Ducharne (Sisyphe), Eric Sauquet et Jean-Philippe Vidal (Cemagref HHLY)IMAGINE2030
(RDT 2006)GaronneEric Sauquet (Cemagref HHLY) AchevéEric Sauquet et Jean-Philippe Vidal (Cemagref HHLY), Frédéric Hendrickx et René Samie (EDF/LNHE), Charles Perrin (Cemagref HBAN)RIWER2030
(ANR VMCS)Durance amontBenoit Hingray (LTHE)En coursFrédéric Hendrickx, Marie Bourqui, Nicolas Le Moine (EDF/LNHE), Benoit Hingray (LTHE)CLIMSEC (fondation MAIF)FranceJean-Michel Soubeyroux (Météo-France)En coursJean-Philippe Vidal (Cemagref)AVUPUR
(ANR VMCS)Yzeron (Ouest Lyonnais)Isabelle Braud (Cemagref HHLY)En coursIsabelle Braud et Flora Branger (Cemagref HHLY)HYDROSOL (R2DS)Ile de FranceAgnès Ducharne (Sisyphe)En coursAgnès Ducharne (Sisyphe), Frédéric Hourdin Hourdin et Frédérique Cheruy (LMD)SCENESEuropeJuha Kämäri (SYKE, Finlande)En coursPierre Strosser (ACTeon) en appui à AgroParisTechTableau 1 : Liste des projets de recherche impliquant ou ayant impliqué les partenaires

Le projet propose des extensions spatiales et temporelles aux travaux existants et offre un cadre de comparaison étendue propice aux développements. Du fait des objectifs appliqués de l’APR GICC, le projet favorisera le transfert des résultats de la recherche vers les opérationnels (aide à la décision pour une stratégie d’adaptation intégrée multi-sectorielle).
Plan de recherche détaillé :

2.1 Objectif général, questions traitées

L'objectif de ce projet est d'évaluer l'impact du changement climatique à l’horizon 2050 sur le régime naturel du bassin de la Durance, sur les principaux usages en développant une approche intégrée multidisciplinaire impliquant fortement les acteurs (notamment pour la construction de scénarios plausibles d’évolution) et, dans une moindre mesure, sur le fonctionnement biologique en se focalisant sur des cours d’eau méditerranéens-types.

L’horizon temporel choisis, nécessite de prendre en compte les changements qui surviennent à des échelles de temps longues, tels que les modifications des comportements et préférences humaines, les effets d’inertie des politiques publiques et des systèmes de production, les évolutions technologiques, etc. ainsi que les impacts du changement climatique sur les systèmes naturels et humains.
Sur le territoire étudié, les usages de l’eau sont multiples qu’il s’agisse des usages « traditionnels » tels que l’agriculture irriguée, l’hydroélectricité, l’alimentation en eau potable et l’industrie, que d’usages répondant à de nouvelles attentes sociétales tels que les loisirs liés à l’eau ou l’usage écologique pour la préservation des milieux. Ces usages sont des activités importantes pour le développement économique et social qui vont au-delà des limites naturelles des bassins versants de la Durance et du Verdon et même de la région.

L’hydroélectricité de la chaîne Durance – Verdon représente 14% de la production d’origine hydraulique produite en France et environ 1.5% de la production totale nationale. Cette production est importante pour l’équilibre énergétique de la région PACA qui consomme deux fois plus d’électricité qu’elle n’en produit. Néanmoins, l’intérêt majeur de la chaîne hydroélectrique Durance – Verdon réside dans sa contribution primordiale à la sécurité d’approvisionnement du réseau national : capacité à satisfaire aux besoins de pointe et à faire face aux variations non prévues de la consommation (température hors norme) et aux aléas de production (défaillance d’un groupe de production…) ou de transport (rupture d’une ligne HT…)

L’agriculture est une activité essentielle de la région. Ce secteur est actuellement confronté à de multiples enjeux sociaux et économiques aussi bien locaux que mondiaux. Dans les prochaines décennies, l’agriculture devra répondre à l’accroissement de la demande en produits alimentaires et en biomasse énergétique. En parallèle, elle sera confrontée à l’évolution des outils de régulation du marché mondial et à ses répercussions sur la PAC, aux durcissements des politiques environnementales (DCE, LEMA), aux variations parfois brutales du prix des produits agricoles et des coûts de production, à la multiplication des évènements extrêmes (épisodes de sécheresse, augmentation des températures, augmentation de l’intensité des précipitations…) ainsi qu’aux nouvelles attentes sociétales en matière de qualité des produits et de sécurité alimentaire mais aussi de protection des ressources naturelles, de préservation de l’environnement et de gestion des territoires. Ces évolutions auront des répercussions sur la structure des systèmes agricoles, sur l’occupation des sols, sur les types d’assolement, les superficies irriguées et sur les itinéraires techniques et en conséquence auront une incidence forte sur la demande future en eau.

Les activités aquatiques se sont d’abord développées sur les grandes retenues hydroélectriques (Serre-Ponçon, Sainte Croix…). Elles se sont ensuite diversifiées (pêche sportive, canoë-kayak, rafting, nage en eau vive, randonnée au bord de l’eau…) et étendues sur une grande partie du linéaire des cours d’eau. Ces activités en forte expansion représentent aujourd’hui un enjeu important du développement des territoires.

La préservation de la ressource en eau et la protection des milieux aquatiques constituent une demande de plus en plus prégnante des acteurs locaux et de la population qui s’exprime sous la forme des nombreux contrats de rivière et SAGE. Cette demande qui est en concurrence directe avec les autres usages de l’eau (hydroélectricité, irrigation mais aussi loisirs) peut représenter à termes une source de conflits notamment dans le cas d’une diminution de la disponibilité de la ressource.
Le territoire d’étude sera confronté dans les prochaines décennies à deux enjeux importants qui peuvent impacter les problèmes de gestion de l’eau :
la pression démographique, notamment pour les territoires aval du bassin Durance Verdon,
le changement climatique.
Le changement climatique aura des répercussions sur la disponibilité de la ressource en eau et sur les usages de l’eau. Ces dernières années, comme beaucoup d’autres régions, la région PACA a été confrontée à des épisodes de sécheresse, avec mise en place de mesures préventives d’économie d’eau et d’arrêtés sécheresse. Il risque de faire émerger les problèmes de pénurie d’eau. Une grande majorité de modèles climatiques régionalisés prévoient une augmentation des températures quel que soit le mois de l’année et des périodes de sécheresse plus longues en été sur le pourtour méditerranéen (Christensen et al., 2007). En revanche, les réponses sont moins cohérentes sur les précipitations en hiver.

La simulation de la neige est un élément clef pour établir des projections de la ressource. Elle est délicate dans le temps présent du fait de données peu nombreuses. La modélisation devient encore plus difficile en contexte de changement climatique, puisqu'elle introduit des non-stationnarités et éventuellement des contrastes plus marqués. Dans une perspective opérationnelle, la bonne estimation des stocks de neige est cruciale, car elle va avoir une influence sur la gestion de l'eau pour des usages tels que l'hydroélectricité et l'irrigation. A long terme, son devenir peut donc orienter des politiques de développement durable.
L’anticipation des conséquences du changement climatique sur la disponibilité de l’eau douce ainsi que la réaction des acteurs locaux et leur capacité à décider et à mettre en œuvre des mesures d’adaptation appropriées, plus particulièrement en termes de gestion de l’eau, de politique énergétique et agricole et d’aménagement des territoires, détermineront dans une large mesure la vulnérabilité future de la ressource en eau.
Les effets combinés de l’accroissement des demandes en eau et du changement climatique dont on ne mesure pas encore les impacts réels sur la ressource hydrique, auront une incidence sur la fréquence et l’intensité des pénuries.

Dans ce contexte, le projet a pour ambition de proposer des outils et des analyses permettant d’élaborer des scénarios à l’échelle du territoire et à l’horizon 2050 sur :
les évolutions de l’offre en eau ;
les demandes en eau de la part des principaux usages ;
les possibilités de gestion « équilibrée et durable » de la ressource en eau, qui prennent en compte l’évolution (i) de la demande des différents usages et la disponibilité de la ressource et, (ii) des politiques de développement et projets d’aménagement des territoires.
Les scénarios prendront en compte les effets du changement climatique mais aussi l’incidence des mesures d’adaptation qui pourraient être mises en œuvre pour atténuer lesdits effets.

2.2 Sites et cas retenus

Le secteur étudié couvre le bassin de la Durance (Figure 1). Le domaine d’étude intégrera trois zones :

Une première zone constituée des limites naturelles du bassin versant de la Durance (y compris celui du Verdon) situé en amont de Mallemort. Cette zone produit l’essentiel de la ressource en eau, et sera le siège de modélisations physiques ou biologiques et de couplages avec les usages.

Une deuxième zone constituée de l’ensemble des territoires situés en dehors de la première zone et desservis par les aménagements des canaux de la Durance et du Verdon. Ces aménagements alimentent en AEP ou en eau d’irrigation toute la partie nord-ouest du Vaucluse, les Bouches du Rhône, le littoral varois ainsi qu’une partir des Alpes de Hautes Provence (plateau de Valensole). Ainsi les eaux superficielles importées du bassin Durance – Verdon constituent plus de 50% des volumes d’eau annuels utilisés par le département des Bouches-du-Rhône et 40% de ceux du département du Vaucluse (DREAL PACA, janvier 2010).

Une troisième zone constituée des nappes alluviales de la Durance et de la Crau. La nappe de la Durance représente une ressource majeure en eau potable (elle alimente 400 000 habitants en haute saison). En outre, les débits d’apport dus au retour de l’irrigation et de son réseau assurent la majeure partie de l’alimentation de la nappe, ainsi que celles des régions voisines (Crau notamment) et en retour la nappe assure un soutien d'étiage important à la Durance mais aussi aux cours d'eau aval complexe. De ce fait, ce secteur est qualifié d’« aire à nappe libre suralimentée par irrigation épandage, ou pertes de canaux à partir d’eau de surface », dans la carte hydrogéologique de J. Margat (1979).
Les deux dernières zones ne seront donc modélisées que dans leur composante « demande en eau » et joueront leur fonction d’appel sur la ressource disponible en amont.


Figure 1 : Bassin versant de la Durance (source : EDF)

Un découpage en sous-bassins, conditionnés par l’existence de grands ouvrages ou de source de prélèvements, et par la disponibilité de longues séries de données de mesures de débits, permettra d’accéder à des réponses spatiales différentiées selon les évolutions climatiques et les pressions anthropiques.

2.3 Approche générale et programme de travail

Le projet est structuré selon les différents blocs de travaux (WP) décrits en Figure 2.


Figure 2 : Structuration du projet (( : informe).

WP1 : Gestion du projet (Responsable : E. Sauquet, Cemagref HHLY)

Compte-tenu du nombre de partenaires impliqués et de leur diversité disciplinaire, une attention toute particulière sera apportée à la gestion du projet. La réunion de démarrage sera notamment consacrée à faire l’état des lieux des connaissances acquises par les partenaires et de développer une compréhension partagée entre les partenaires du projet. De la bonne coordination dépendent les bonnes communications entre disciplines. Ce WP devra assurer :
la définition des sous bassins retenus pour la modélisation, satisfaisant les contraintes des chercheurs et les interrogations des opérationnels ;
la cohérence des exercices de simulation pour permettre une comparaison entre résultats issus des modèles (tant sur les aspects variables à reproduire que sur les incertitudes inhérentes à la chaîne de modélisation) ;
le partage des variables à modéliser. Elles devront être pertinentes d’un point de vue hydrologique mais également donner une mesure de l’impact du changement climatique sur les usages, interprétable par les opérationnels. De ce fait, certaines d’entre elles seront établies en concertation avec les acteurs dans le cadre des comités de pilotage. En outre on cherchera à vérifier sur les variables hydrologiques choisies par le projet Adaptalp s’il y a cohérence entre dérives observées et évolutions prédites par les chaînes de simulation appliquées dans ce projet ;
l’animation scientifique et technique du projet, l'organisation des comités ad hoc, la mobilisation des acteurs majeurs dans les comités de pilotage et dans les exercices visant la caractérisation des pressions anthropiques actuelles et futures sur la ressource

Délivrables :
Découpage du bassin versant en sous-entités fonctionnelles et points nodaux correspondants (résultats de la réunion de lancement du projet)
Liste des variables d’intérêt renseignant les usages et des acteurs concernés par la gestion de l’eau sur le territoire
Comptes-rendus des réunions techniques et comités de pilotage

WP2 : L’anthroposystème Durance

Le recensement des usages est un préalable indispensable pour apprécier le comportement du bassin versant dans sa configuration initiale et la nature des influences sur le régime hydrologique naturel. Sur la base d’observations, les règles de gestion seront analysées parallèlement au climat passé et modélisées (formulation explicite des liens entre forçages externes et usages si les données les attestent). Des modèles pluie-débit seront utilisés pour simuler le bassin de la Durance dans une configuration naturelle et exploités pour estimer la ressource disponible sous différents scénarios climatiques (WP3). Les sous work packages WP2.2 et WP2.3 ont la charge de caler les modèles et de vérifier la cohérence des sorties en les comparant aux observations ou reconstitutions temps présent de WP2.1, et celle de produire les chroniques futures qui seront exploitées et analysées dans les WP4 à 6.

Les objectifs de ce WP sont donc :
de caractériser l’hydrosystème anthropisé dans son état actuel du point de vue de la ressource en eau et de ses usages en examinant les tendances récentes ;
d’identifier les acteurs incontournables de la gestion de l’eau aux échelles considérées et de caractériser leur rôle ;
de construire un ensemble d’outils de simulation (fonctionnant au pas de temps journalier) et de les caler dans la situation actuelle (en naturel reconstitué et anthropisé).

WP 2.1 : Caractérisation du système actuel (Responsable : T. Mathevet, EDF DTG)

Recueil des données
L’objectif est de collecter l’ensemble des données et informations existantes en lien avec la gestion de l’eau pour ensuite les partager sur la Durance jusqu’à sa confluence et les zones consommatrices et connectées à la Durance via le réseau de canaux :
données météorologiques en temps présent extraites de la réanalyse à grande échelle ERA40 (Uppala et al., 2005), de la réanalyse à haute résolution sur la France SAFRAN (Vidal et al., 2010) et de la base de données interpolées récemment établie sur les massifs montagneux français (Gottardi et al., 2008 ; Gottardi, 2009), mais aussi des observations sur le bassin versant (source Météo-France et EDF/DTG) ;
données sur la ressource en eau : données observées de débits extraits de la base HYDRO au pas de temps journalier ;
données sur l’usage agricole de l’eau : structures et orientation de production, typologies des exploitations agricoles, assolements en sec et en irrigué, dynamique des filières de production agricole, recensement des points de prélèvements en eau, prélèvements annuels déclarés à l’Agence de l’Eau PACA et les données des ASA et SCP;
données sur l’usage hydro-électrique : débits turbinés, variations de réserve au pas de temps journalier pour les retenues gérées par EDF ;
données sur l’eau potable : population permanente et temporaire, volumes d’eau consommés, ressources utilisées et localisation des points de prélèvements, modèles de demande en eau potable ; prélèvements annuels et prélèvements d’étiage déclarés à l’Agence de l’Eau PACA ; données SCP ;
données sur l’industrie : prélèvements annuels et prélèvements d’étiage déclarés à l’Agence de l’Eau PACA et SCP ;
données sur la gestion de l’eau : recensement des protocoles de gestion existants (arrêtés de restriction, PGE, SAGE…), des ouvrages hydrauliques existants et en projet, des mesures envisagées à moyen terme (projet de SDAGE, programme de mesures DCE à l’horizon 2015).
données climatiques au pas de temps horaire a minima et incluant : rayonnement solaire et grande longueur d’ondes incidentes, vitesse du vent, température et humidité de l’air, précipitations sont nécessaires pour pouvoir travailler correctement avec des modèles SVAT à l’échelle locale. Pour être aussi pertinent à l’échelle locale, des données d’évaluation des modèles sont requises.
On tâchera de récolter les données/informations les plus récentes. En particulier, les cycles secs 2003 à 2006 puis moins secs 2007/2008 constituent des années renseignées exhaustives en termes de couvertures territoriales et raisonnablement fiables qui seront utiles à mobiliser pour une analyse du système. Une des difficultés sera de nuancer certains chiffres de prélèvement selon l’année et leur mode de mesure (mesure à l’aide d’un compteur ou par forfait).

Analyse du territoire
Cet action porte sur la description des activités humaines, de la dynamique des milieux et des interrelations entre elles. Le territoire d’étude est extrêmement complexe. Le bassin de la Durance – Verdon se caractérise par la présence de nombreux canaux qui alimentent en eau potable les villes du littoral et en eau d’irrigation les régions déficitaires de la basse Durance et de la plaine de Crau. Ces ouvrages induisent des fonctionnements particuliers des milieux où la ressource en eau est aléatoire, variable dans le temps et dans l'espace.

Le domaine d’étude comporte de nombreuses masses d’eau souterraine dont plusieurs présentent des enjeux importants : les nappes alluviales de la moyenne et basse Durance très productive et soutenue par les eaux des canaux d’irrigation en période d’étiage et la nappe de Crau qui est alimentée à 80% par les surplus de l’irrigation gravitaire.

Les usages présentent de forts enjeux sur l’ensemble du territoire. Les usages qui prélèvent de la ressource sont l’agriculture irriguée (culture maraîchères et fruitières et fourragères avec notamment le foin dans la plaine de Crau), qui représente les 2/3 des prélèvements de la région, l’alimentation en eau potable et l’industrie (chimie et nucléaire avec Cadarache). Les autres usages présents sont la production d’électricité et le tourisme qui mobilisent la ressource en eau (même s’ils n’en prélèvent pas) et l’extraction de matériaux.

Pour les usages sans prélèvements, on tachera de localiser spatialement et temporellement les contraintes de débits réservés, de « côte à bien plaire » des retenues, des débits de « bien-être » pour les activités nautiques, canoë-kayak.

En complément de la description du territoire et du recueil des données hydrologiques, un certain nombre de données cartographiques existantes par ailleurs (carte pédologique, cartes d’occupation des sols) seront collectées pour mettre en regard les activités humaines (notamment les activités agricoles) et les caractéristiques physiques du milieu. La SCP est impliquée dans le suivi de plusieurs parcelles et y collecte des données fines (notamment de teneurs en eau), qui seront récupérées pour être utilisées dans la modélisation (WP2.3).

A l’échelle de travail, il n’est naturellement pas possible de suivre l’évolution individuelle de chaque usager. On regroupera donc les usagers dans des grandes catégories qui serviront à caractériser l’évolution des comportements sous changement climatique. Cette typologie doit satisfaire des objectifs de modélisation à la parcelle (WP2.3) et les exercices prospectifs (WP5 et WP6).

Délivrables :
Base de données spatialisée incluant pour chaque entité fonctionnelle :
Chroniques de débit observé à l’exutoire
Chroniques de débit naturalisé à l’exutoire
Séries de prélèvements en eau et leur origine (eau de surface, nappe phréatique…)
Identification des modalités de gestion actuelles ;
Identification des acteurs sur chaque entité et de leur interaction avec la ressource en eau ;
Typologie des grandes familles d’usagers vis-à-vis de leur interaction avec la ressource en eau pour faciliter la modélisation des demandes futures. Travail d’agrégation pour la caractérisation des consommations en eau. Lien entre cette typologie et les caractéristiques physiques du milieu.

WP 2.2 : Modélisation de la ressource naturelle (Responsable : C. Perrin, Cemagref HBAN)

La modélisation hydrologique constituera un des éléments clé du projet. Les modèles hydrologiques permettent, à partir d'un ensemble de variables météorologiques (essentiellement pluie, évapotranspiration potentielle et température), de simuler les débits à l'exutoire du bassin versant. Ces modèles sont donc utilisés pour représenter le comportement hydrologique des bassins versants. Certains d’entre eux permettent en outre de simuler d'autres variables sur le bassin (par ex. la teneur en eau dans les sols, les bilans énergétiques et la prise en compte du stress hydrique) qui peuvent apporter des informations intéressantes pour certains usages (WP2.3).

Il existe aujourd'hui une grande variété de modèles hydrologiques (voir par ex. Singh et Frevert, 2002a, b). Ces modèles diffèrent dans leurs fondements (empiriques, conceptuels, physiques), dans les processus décrits, dans la spatialisation des paramètres et des variables sur le bassin (approches globales, semi-distribuées, distribuées) ou encore sur les pas de temps de fonctionnement. De nombreux travaux d'évaluation existent, montrant que chaque modèle comporte ses spécificités et qu'il n'est pas possible actuellement de trouver un modèle qui soit plus performant que les autres en toutes circonstances et sur tous les bassins. Une approche multi-modèle doit donc être adoptée pour quantifier les incertitudes liées au choix de la modélisation, comme démontré notamment dans le cadre du projet RExHySS (Ducharne et al., 2009).

Dans le cadre du projet, plusieurs modèles ont été sélectionnés (Tableau 2). Ils représentent un échantillon assez diversifié des modèles existant actuellement. Ces modèles ont par ailleurs tous déjà été utilisés dans des travaux antérieurs sur le changement climatique, où ils ont montré leur intérêt. Chaque modèle sera mis en oeuvre par l'équipe du projet ayant le plus grand niveau d'expertise dessus, ce qui garantira leur utilisation dans les meilleures conditions possibles.

ModèlesCEQUEAUCLSMGR4JORCHIDEEEquipe utilisatrice dans le cadre du projetLNHE-EDFSisypheCemagrefSisypheRéférenceCharbonneau, et al.. 1977Ducharne et al., 2000Perrin et al., 2003De Rosnay et al., 2002SpatialisationDistribuéSemi-distribuéGlobalDistribuéPas de tempsJournalierHoraireJournalierHoraireETRf(ETP)Bilan d'énergie TSVAf(ETP)Bilan d'énergie TSVANeigeDegré-jour distribuéPhysique à 3 couchesDegré-jour par bande d'altitude1 couche couplée au bilan d'énergieProjets d’impact du changement climatique ayant utilisé le modèleIMAGINE2030
GICC-RhôneRExHySS
HYDROQUAL
HYDROSOLIMAGINE2030
RheinBlick2050
RExHySSSimulations AR4 du GIEC
HYDROSOLTableau 2 : Récapitulatif des modèles utilisés
De manière assez classique, ces modèles, dont les paramètres seront estimés sur une période de référence en fonction de la météorologie et des débits renaturalisés (correction des prélèvements de tout ordre, WP2.1), seront ensuite utilisés pour explorer les impacts hydrologiques du changement climatique, en utilisant en entrée des simulations climatiques issues des différents scénarios sélectionnés dans le projet, afin de fournir des simulations de débits futurs. L’évolution des autres termes du bilan d’eau sera également analysée (WP5.1).

Dans le cadre du projet, pour permettre une comparaison équitable et objective des modèles nous utiliserons des méthodologies de test rigoureuses (Sauquet et al., 2010) et des critères d'évaluation relatifs à la simulation des différentes composantes du régime (crue, étiage, débit moyen, répartition temporelle, etc.).

En particulier, le bassin versant de la Durance est soumis à des précipitations nivales régulières et importantes, notamment sur le haut bassin avec des altitudes de près de 4 000 m. Les modèles hydrologiques qui seront testés dans le projet utilisent des modules spécifiques de prise en compte des phénomènes neigeux. Ces modules permettent de représenter l'évolution du stock de neige au cours de l'année, par des procédures plus ou moins complexes reposant sur des bilans de masses et d'énergie à l'échelle du stock de neige. En contexte actuel, la modélisation des influences neigeuses est déjà très délicate, en raison de facteurs métrologiques (difficultés à connaître les précipitations et les températures sur les zones de relief) et de la difficulté à connaître les facteurs dominants qui contrôlent l'évolution de la neige (voir par ex. travaux de Gottardi, 2009; Valéry, 2010). On comparera les modélisations de la neige en climat présent. On regardera en particulier la sensibilité des différentes approches de modélisation à la distribution spatiale. On évaluera la capacité de ces modules à fournir des modélisations satisfaisantes dans des contextes contrastés (plus ou moins haute altitude) et à s'adapter à des changements importants de conditions sur la période de référence sélectionnée. Cette évaluation, au-delà de la quantification des incertitudes liées à la représentation spécifique de la neige, devrait également permettre de faire des recommandations sur le traitement de la neige en modélisation dans un contexte de changement climatique. Il pourrait être envisagé pour certains scénarios communs à SCAMPEI et ce présent projet, d’intégrer des évolutions des manteaux neigeux annoncés par les modèles physiques de SCAMPEI.

Données d’entrée : WP2.1 (données historiques descriptives du climat et de l’hydrologie naturalisée), WP3 (projections futures et reconstitution du climat passé)
Déivrables :
Diagnostic sur la qualité des reconstitutions des variables (neige et débit naturel) fournies par les modèles hydrologiques sous climat présent, pour chaque sous bassin
Chroniques de débits naturels pour différentes combinaisons GCM/RCM/MDES/réalisation sur la deuxième partie du XXe siècle et la première partie du XXIe siècle, pour chaque sous bassin

WP 2.3 : Modélisation des besoins et de la gestion (Responsable : F. Hendrickx, EDF/LNHE)

L’objectif est de construire des modèles permettant de simuler les demandes en eau sous contraintes de gestion. Ces modèles doivent être alimentés en entrée ou paramétrés par des données disponibles (facteurs climatiques ou autres) à l’échelle du territoire à l’horizon visé 2050.

Les usages traités a minima seront : l’usage agricole, l’usage hydro-électricité, l’usage alimentation en eau potable, l’usage industriel, l’usage loisir et l’usage environnement. Il conviendra en plus de disposer d’une représentation de la fonction d’acheminement de l’eau au travers des réseaux de canaux gravitaires pour les besoins agricoles et les besoins d’alimentation en eau potable et industrielle. L’eau mise à disposition au bout de ces canaux pour les usages cités ci-dessus est fonction de l’eau prélevée sur le bassin de la Durance, mais aussi de l’évaporation de ces canaux et de leur relations aux réserves en eaux souterraines. Ils sont donc à ce titre aussi demandeurs de volumes d’eau complémentaires aux usages qu’ils desservent.

Usage hydroélectrique de l’eau
La perturbation du régime hydrologique naturel induite par l’hydroélectricité sur une retenue en particulier est issue d’un processus complexe visant à répondre à tout moment à l’équilibre offre-demande d’électricité. L’hydroélectricité de part sa souplesse de mise en œuvre et son faible coût est souvent appelée en cas de situation tendue sur cet équilibre et plus particulièrement lors des vagues de froid. En effet, la France est très thermo-sensible et les vagues de froid correspondent à des pics de consommation d’électricité où l’ensemble des moyens de production est sollicité. L’objectif du projet n’étant pas de reproduire exactement la gestion hydroélectrique mais bien de comprendre la dynamique du processus et sa saisonnalité, on propose dans le projet de construire une modélisation simplifiée de la gestion des réserves hydroélectriques. Pour ce faire, on profitera des travaux menés dans le cadre du projet IMAGINE2030. Ces travaux ont permis de montrer la faisabilité d’une modélisation de l’usage hydroélectrique à une échelle régionale sans pour autant avoir la nécessité d’une représentation de l’ensemble du système électrique français voire européen. Cette modélisation s’appuie sur un vecteur « Intérêt à turbiner » lié exclusivement à la température de l’air moyennée sur la France (Dupeyrat et al., 2008). Le module de gestion repose sur une programmation dynamique qui permet de définir une valorisation optimale de la gestion de la ressource en eau connaissant l’opportunité de turbiner (cf ci-dessus) et les apports hydrauliques à venir. La programmation dynamique, approche proposée par Bellman dans les années 60, permet de construire une stratégie, à savoir une grille de décision à tout instant t entre utiliser l’eau maintenant ou la réserver pour demain. Le cas test réalisé sur l’Ariège à Foix (Dupeyrat et al., 2008) permet de montrer la faisabilité de la démarche dans un contexte d’avenir connu. Dans le présent projet, on cherchera à tenir compte du fait que la gestion se fait avec une vision incertaine de l’avenir ce qui nécessitera de construire un module de gestion en avenir incertain et/ou en stochastique et du fait que plusieurs réservoirs doivent être simulés en parallèle en cohérence.

Usage environnement
La représentation de l’usage environnement se basera sur un débit seuil qui pourrait être le Débit Objectif d’Etiage ou le Débit de Crise. C’est un modèle simple, évolutif ou non, qui est une contrainte de dépassement de seuil à respecter pour assurer la viabilité des milieux. L’usage environnement sera intégré dans les objectifs ou contraintes de gestion des réserves hydrauliques du bassin. Ils constitueront donc une fonction d’appel supplémentaire au besoin énergétique dans le module de gestion hydroélectrique présenté ci-dessus. Cet usage s’exprime sous forme de contrainte de gestion (de débit minimum à assurer à l’aval des ouvrages).

Usage loisir
L’usage loisir en cours d’eau sera pris en compte via un débit minimum permettant une bonne pratique de l’activité. Ce débit sera caractérisé spatialement et temporellement (période d’activité durant l’année). L’usage loisir sur les grandes retenues sera caractérisé par une « côte à bien plaire ». L’usage loisir sera intégré dans les objectifs ou contraintes de gestion des réserves hydrauliques du bassin. Ils constitueront donc soit une fonction d’appel supplémentaire au besoin énergétique soit une contrainte de côte à respecter dans le module de gestion hydroélectrique présenté ci-dessus.

Usage alimentation en eau potable
La représentation de l’usage Alimentation en Eau Potable se basera sur une fonction de demande en eau qui prendra en compte, a minima, les variables population sédentaire et touristique et consommation unitaire moyenne d’eau consommée, différenciée si possible selon le type d’habitat (individuel et collectif) et les sous bassins.

Usage industriel
La représentation de l’usage Industriel se basera sur une typologie des industries présentes sur le bassin avec une distinction entre les industries utilisant l’eau dans leur process ou comme source de refroidissement. La fonction de demande intègrera a minima le niveau de production industrielle (ratio technique eau consommée par unité de valeur ajoutée) et les facteurs techniques des circuits de refroidissement et de process (fermeture des circuits) par secteurs d’activité.

Usage agricole
Il faudra séparer l’irrigation gravitaire et sous pression, car dans le premier cas 80% des volumes prélevés repartent au milieu (pas de lien direct entre les débits prélevés et les besoins agronomiques), dans le second cas le volume prélevé correspond effectivement aux besoins de la plante.

Pour l’irrigation sous pression, on utilisera
le modèle agronomique classique de bilan hydrique à un horizon validé dans le projet Imagine2030 (Sauquet et al., 2010). Ce modèle permet d’estimer, au pas de temps journalier, le besoin en eau d’irrigation des cultures de façon simple et avec des incertitudes raisonnables, pour peu que les valeurs des paramètres d’entrées soient bien choisies ;
le modèle « Soil Vegetation Atmosphere Transfer » SiSPAT (Braud et al., 1995) appliqué à l’échelle locale. SiSPAT permet de prendre en compte l’hétérogénéité verticale des sols et simule les bilans énergétiques et les interactions entre végétation, sol et atmosphère.

L’objectif est de caractériser les besoins en eau des plantes, et de quantifier au mieux leurs évolutions pour différents scénarios de changement climatique et différentes cultures, par rapport à une situation de référence sous climat présent par deux types de modélisation.

SiSPAT a besoin d’une grande quantité de données, notamment sur l’évolution du contenu en eau des sols, pour sa validation ; c’est pour cette raison qu’il sera appliqué à l’échelle locale, sur les parcelles expérimentales suivies par SCP. Cependant sous réserve d’une bonne représentativité des parcelles modélisées au sein des grandes familles d’usager, et en fonction des données cartographiques de pédologie et occupation des sols (WP2.1), les résultats de la modélisation seront spatialisés à plus grande échelle pour quantifier la demande (au prorata de la surface par exemple).

La comparaison des deux types d’approches de modélisation apportera des éclairages sur les processus et les données à prendre en compte, et permettra d’apprécier la variabilité des résultats pour l’estimation des besoins en eau sous scénario de changement climatique.

L’ajustement d’un coefficient multiplicatif K permettra de caler les modèles afin d’obtenir les prélèvements mesurés. Ce coefficient, qui est le rapport entre le prélèvement mesuré et le besoin en eau de la culture, intègre les objectifs des agriculteurs (rendement, itinéraire technique…), le niveau des équipements d’irrigation et les restrictions d’eau éventuelles.

Pour l’irrigation gravitaire, les représentations sont à construire. Nous nous appuierons sur l’expertise de la SCP que l’on formalisera dans un modèle simple qui pourra prendre en compte les interactions avec des compartiment des modèles hydrologiques (ré-alimentation des stocks de surface ou nappe par les excès d’eau).

Transfert d’eau via les canaux irrigation
L’objectif de ce dernier point est de développer une représentation de la fonction de transfert entre la ressource en eau de la Durance, les usages desservis, et les hydrosystèmes en relation avec ces canaux. Cette fonction de transfert peut s’avérer non triviale. Le travail sur ce thème cherchera à définir la faisabilité d’une représentation simplifiée de cette fonction. On s’appuiera autant que de possible sur l’expérience et les modèles existants construits dans le cadre de la gestion opérationnelle de ces canaux de la SCP.

L’acheminement de l’eau de la Durance vers les usages se fait exclusivement au travers d’un réseau de canaux, permettant de couvrir aussi des territoires connexes au bassin versant. En dehors de leur fonction principale d’acheminement de l’eau pour le besoin des usages, le réseau de canaux présente des externalités positives intéressantes :
recharge des nappes utilisées pour l’AEP et l’industrie : les débits transférés à partir de la Durance et du Verdon dans les différents canaux permettent du fait de leur perméabilité la recharge des nappes palliant ainsi au déficit d’alimentation par les cours d’eau court-circuités ;
alimentation de la plaine alluviale de Crau. Les eaux d’irrigation des prairies (cultures de foin de la plaine de Crau) provenant de la Durance alimentent la majeure partie de la nappe phréatique permettant ainsi la sauvegarde d’un écosystème remarquable ;
contribution à l’évacuation des eaux pluviales.
En versus, l’évaporation de l’eau des canaux sera aussi à prendre en considération dans la fonction de transfert.

L’intégration multi-usages et couplage des modèles
Les demandes en eau sont satisfaites sous contrainte des règles de gestion à expliciter et de disponibilité de la ressource naturelle en surface ou en souterrain. Il sera nécessaire d’établir des liens explicites entre outils. La figure suivante illustre un exemple, un cas très simplifié de relation inter-usage, celui d’une réserve à usage multiple (le débit de sortie Qs est fonction du stock dans la retenue, de la demande énergétique (fonction de la température T°) et des besoins exprimés en aval sur les parcelles agricoles (volet de droite)). Son remplissage est conditionné par le respect du débit réservé Qréservé (contrainte environnementale). Les valeurs des débits naturels Qnat seront obtenues à partir des modèles hydrologiques calés sur les débits renaturalisés (WP2.2) sur un découpage en sous-bassins (volet de gauche).

Les modélisateurs seront amenés à coupler les modèles hydrologiques et les modèles d’usage, pour assurer une cohérence entre la disponibilité en eau et la satisfaction des besoins exprimés. Les questions de la « bonne » localisation des points de branchement des modèles (en rouge sur l’exemple) seront évoquées (fonction des feed backs et retour au milieu de l’eau consommée par les usages). Le succès des opérations de couplage dépend du caractère ouvert des outils actuels selon la possibilité ou non de rétroactions. Si la difficulté est grande, l’ambition d’élaborer un modèle dynamique réellement intégré (outil ou interface de gestion des ouvrages hydrauliques prenant en compte les contraintes d'allocation de la ressource entre les différents usages) l’est tout autant. Cette phase délicate du projet n’est pas à négliger, elle sera certainement consommatrice de temps (retour sur expérience sur le projet Imagine2030 qui a abordé ces questions d’interfaçages).



L’hydrosystème dans sa configuration naturelle

L’anthroposystème
Données d’entrée : WP2.1 (typologie d’usagers), WP2.2 (interfaçage avec la ressource naturelle disponible) et WP3
Délivrables :
Structure des modèles d’usage. Les connaissances produites seront structurées et restituées de façon à servir les intérêts opérationnels des partenaires impliqués dans l’étude
Diagnostic sur la qualité des débits influencés reconstitués par l’assemblage modèles hydrologiques - modèles d’usage sous climat présent, pour chaque sous bassin
Chroniques de débits influencés, élaborées pour différentes combinaisons GCM/RCM/MDES/réalisation sur la deuxième partie du XXe siècle et la première partie du XXIe siècle, pour chaque sous bassin

WP 3 : Projections climatiques (Responsable : J.P Vidal, Cemagref HHLY)

Ce volet consiste à construire des projections climatiques sur le domaine d’étude, adaptées aux échelles spatiales et temporelles nécessaires notamment pour la modélisation de la ressource naturelle et des écoulements influencés.

Données
La source première des projections climatiques sera la base de données du projet européen ENSEMBLES (2004-2009) (van der Linden et Mitchell, 2009). Ce projet a récemment mis à disposition de la communauté scientifique les résultats de simulation de modèles climatiques régionaux (RCMs) forcés par différents modèles de circulation générale (GCMs). En fonction des dates de mises à disposition des projections effectuées dans le cadre du 5e rapport d’évaluation du GIEC (AR5), celles-ci pourront être mises en profit en complément des projections de la base ENSEMBLES. L’avancement du projet DRIAS et de la mise à disposition de simulations effectuées par les centres de recherche français sera lui aussi suivi de près. Les simulations effectuées dans le projet ENSEMBLES recouvrent de manière non exhaustive les sources d’incertitudes associées aux scénarios d’émissions de gaz à effet de serre et à la configuration des modèles de climat (GCM et RCM). Même si ces simulations ont été effectuées à haute résolution (25 à 50 km), une étape supplémentaire de descente d’échelle est indispensable pour obtenir une information pertinente à l’échelle des sous-bassins définis par le WP 2, en raison notamment des forts contrastes climatiques entre méditerranée et haute montagne. Afin de prendre en compte l’incertitude non négligeable sur cette étape de descente d’échelle (cf. par ex. Vidal et Wade, 2008a pour une comparaison de plusieurs approches), trois Modèles de Descente d’Echelle Statistique (MDES) seront appliqués et le cas échéant adaptés pour le bassin.

Modèles de Descente d’Echelle Statistique (MDES) considérés :
un MDES de référence, le modèle analog consistant à identifier dans une archive de situations atmosphériques observées une ou plusieurs journées analogues - selon un critère choisi - à la journée courante dont on souhaite désagréger l’information atmosphérique de grande échelle pour la période future considérée. La situation météorologique locale correspondant à l’une de ces journées analogues sert ensuite de scénario météorologique pour la journée à désagréger. La méthode développée au LTHE pour la prévision quantitative des précipitations (Bontron, 2004) a été récemment adaptée au Cemagref pour des bassins de méso-échelle (Ben Daoud, 2010). Elle sera ici adaptée au contexte de la descente d’échelle sous changement climatique.
le MDES BQM-KNN consiste en une descente d’échelle spatiale basée sur une correction de biais du climat modélisé et d’une correspondance spatiale quantile-quantile (Vidal et Wade, 2008) et une descente d’échelle temporelle basée sur un ré-échantillonnage par plus proches voisins au pas de temps journalier (Sharif et Burns, 2006 ; Sauquet et al., 2009). Cette méthode a été utilisée dans le cadre du projet RDT Imagine2030. Il constitue une variante des multi scénarios de la méthode des perturbations.
le MDES ddwgen utilise diverses fonctions de transfert non linéaires pour estimer à pas de temps journalier et sur la base d’indices synthétiques de la circulation atmosphérique (e.g. vitesse du vent zonal à 850hPa) les précipitations et températures moyennes à l’échelle du bassin versant. Ces variables sont ensuite désagrégées pour produire les scénarios spatialisés, à l’aide d’une méthode analogique par ré-échantillonnage d’une structure observée (Mezghani et Hingray, 2009). Le MDES a été développé et appliqué pour la génération de scénarios hydrométéorologiques en temps présent sur le bassin versant du Rhône supérieur (Hingray et al., 2006). Il est en cours d'adaptation pour le bassin de la Durance à l'amont de Serre-Ponçon dans le cadre du projet ANR RIWER2030.

Les MDES BQM-KNN, ddwgen et analog seront adaptés pour prendre en compte les spécificités hydroclimatiques du bassin versant (e.g. régimes météorologiques spécifiques) et pour permettre la simulation de toutes les variables météorologiques nécessaires au fonctionnement des modèles hydrologiques (précipitations, température, nébulosité, rayonnement…). Ces développements méthodologiques resteront valides pour l’application de ces MDES aux projections de l’AR5.

Nous considérerons aussi, suivant leur disponibilité, les sorties du MDES « dsclim » développé par le Cerfacs (Boé, 2007) (méthode de ré-échantillonnage aléatoire dirigé des situations météorologiques locales « observées » ou considérées comme telles (données SAFRAN) ; le ré-échantillonnage est conditionné à des indices de précipitations et températures dérivés sur la base des distances (en terme de circulation atmosphérique, pression de surface) entre le jour en question et les différents types de temps identifiés par ailleurs pour la France ; la méthode, développée pour la génération de scénarios météorologique futurs, est en cours d’optimisation pour plusieurs régions françaises).

Evaluation des MDES
Les MDES seront d’abord testés sur leur capacité à reproduire certaines caractéristiques statistiques clés des variables météorologiques observées (e.g. distributions des précipitations liquides, solides, des durées de temps sec, de l’altitude de l’isotherme 0°C). Ils seront aussi et surtout évalués sur la pertinence des scénarios hydrologiques simulés pour la période de contrôle à partir des scénarios météorologiques générés pour cette période (e.g. enneigement, débits en différents points du réseau hydrographique). Une attention particulière sera portée à la performance des MDES vis-à-vis des périodes de temps sec et d’étiages. La capacité des MDES à reproduire la variabilité interannuelle des variables d’intérêt à différentes échelles de temps et d’espace sera aussi évaluée de façon à estimer la pertinence de l’hypothèse de stationnarité nécessaire pour leur application en climat modifié. Les performances comparées des différentes approches pourront être utilisées pour identifier le cas échéant les meilleures stratégies de descente d’échelle et éventuellement proposer les concepts d’une descente d’échelle plus robuste.

Données d’entrée : WP2.1 (données météorologiques historiques)
Délivrables :
Chroniques météorologiques spatialisées, élaborées pour différentes combinaisons GCM/RCM/MDES/réalisation sur la deuxième partie du XXe siècle et la première partie du XXIe siècle
Statistiques de synthèse sur l’évolution du climat pour chaque sous-bassin
Mise en perspective par rapport aux projets précédents et en cours comme SCAMPEI

WP 4 : Réponse de l’hydrosystème en configuration naturelle

Ce WP est dédié à l’analyse et la valorisation des sorties des modèles hydrologiques : nous nous intéressons à la réponse de la Durance sans aménagement. Il est question de l’analyse des termes descriptifs de la ressource en eau (quantification et examen des incertitudes pesant sur les variables hydrologiques) et de l’impact sur la biologie des cours d’eau intermittents, On étudiera la sensibilité des projections (en termes de débit et de stock de neige) aux différentes options de modélisation testées et on essaiera d'expliquer les éventuelles différences constatées en fonction des résultats des tests réalisés en climat présent.

WP 4.1 : Neige, bilans en eau et stress hydrique (Responsable : A. Ducharne, Sisyphe)

Nous examinerons ici l’évolution :
des différents termes du bilan hydrologique ;
la couverture neigeuse qui structure la répartition des apports naturels dans l’année, que nous caractériserons en « emprise-durée-fréquence » par tranche d’altitude ou secteur.

L’analyse se concentrera également sur le stress hydrique, qui caractérise l’état de sécheresse du sol et son rôle limitant sur l’évapotranspiration (ETR). L’expérience acquise au cours du projet RExHySS (Ducharne et al., 2009) suggère que les différences entre réponses des modèles hydrologiques pour un même horizon de projection sont largement dues à des différences de sensibilité de l’ETR au stress hydrique. Ce résultat nouveau a des implications importantes qui dépasse la simulation de débits car des réponses hydrologiques différentes correspondent, via les flux de surface échangés avec l'atmosphère, à des rétroactions différentes sur le climat (Seneviratne et al., 2006). Il est donc important de comprendre l'origine de ces différences, pour réduire les incertitudes qui en découlent. Nous chercherons à approfondir ces points dans le bassin de la Durance, en profitant de ses caractéristiques méditerranéennes.

Le principe sera de comparer les bilans d'eau simulés par les différents modèles disponibles. Dans cet échantillon, le modèle CLSM se caractérise par une sensibilité particulièrement faible au stress hydrique, entraînant des baisses particulièrement fortes des débits simulés sous changement climatique. Une des originalités de ce travail d'intercomparaison sera d'étudier les différences de réponse fonctionnelle des modèles au stress hydrique, telle que caractérisée par les courbes de réponse du rapport ETR/ETP en fonction d'un indice de disponibilité en eau comparable entre les modèles (e.g. Koster and Milly, 1997 ; Vidal et al., 2010), ou de l’ETR en fonction du temps en absence de pluie (Teuling et al., 2006), par analogie avec les courbes de récession. On étudiera notamment la sensibilité de ces courbes aux choix de paramètres et paramétrisation des différents modèles, pour identifier lesquels jouent fortement sur la réponse aux modifications du climat. Les mesures d’ETR du site FLUXNET ( HYPERLINK "http://www.fluxdata.org" www.fluxdata.org) d’Avignon pourront également être exploitées comme référence pour le climat récent.

Données d’entrée : WP2.1 (données historiques), WP2.2 (hydrologie naturelle sous climat futur), WP3
Délivrables :
Evolution des termes du bilan d’eau (ETR, ruissellement, écoulement de base, humidité du sol, neige) et des débits dans la configuration naturelle ;
Statistiques de synthèse pour chaque sous bassin et représentations cartographiques associées.
Mise en perspective par rapport aux projets précédents et en cours (SCAMPEI pour la neige)

WP 4.2 : Hiérarchisation des incertitudes sur l’hydrologie naturelle : que peut-on dire des extrêmes ? (Responsable : J.P Vidal, Cemagref HHLY)

Les incertitudes pour ce qui concerne l’impact du changement climatique apparaissent à tous les niveaux :
au niveau de l’évolution de la composition de l’atmosphère, cette dernière étant principalement conditionnée par le développement démographique, politico-sociétal, économique et par l’application de technologie « propre ».
au niveau des outils de modélisation (qu’ils soient climatiques ou hydrologiques) : ils connaissent des incertitudes dans la structure représentant les processus (un modèle n’est qu’une approximation de la réalité), dans les valeurs numériques affectées aux paramètres internes, dans la procédure de calage…
au niveau des connaissances en temps présent : certaines valeurs descriptives des extrêmes connaissent des incertitudes fortes (en particulier les quantiles de crue de période de retour élevée). Il s’agit de relativiser les évolutions au regard des intervalles de confiance.

Les différents maillons de la chaîne de modélisation utilisée dans le cadre du projet apportent des incertitudes à des degrés divers. Pour les gestionnaires, il est intéressant de connaître les incertitudes totales qui peuvent conditionner fortement les prises de décision, mais également l'importance relative des diverses sources d'incertitudes. Le projet s'inscrivant aux différents niveaux de la chaîne de modélisation dans une approche multi-modèle, on s'attachera à évaluer la variabilité des résultats générée par chaque niveau et à relier cette variabilité aux résultats obtenus en temps présent. L’analyse du système portera avant tout sur les débits, à l’exutoire des sous-bassins, considérés comme variables intégratrices. Sera étudié le devenir du bassin en différents points de contrôle en sortie de la chaîne de modélisation dans une configuration naturelle afin de mesurer la propagation des incertitudes d’amont en aval et leur disparité selon le régime hydrologique (naturel) actuel.

On s'attachera à évaluer les liens de causalité entre comportement présent et futur. Par exemple, nous évaluerons si un modèle qui simule des débits de crue plus faibles que les autres modèles en climat futur montre également une même tendance en climat présent. Des tests sur des périodes contrastées en climat présent permettraient de répondre partiellement à cette question, et donc de mieux apprécier les incertitudes associées à chaque modèle. On pourra également analyser dans quelle mesure l'analyse des évolutions prévues, faites soit en termes relatifs soit en termes absolus, sont compatibles avec les analyses du comportement des modèles en climat présent. Une telle analyse permettra d’appréhender de manière qualitative les origines de l’incertitude finale et de hiérarchiser les sources.

Ces travaux concerneront un échantillon de variables traités dans le WP4.1 et également des descripteurs des extrêmes hydrologiques (crue et étiage), car ce sont ceux qui sont les plus sensibles pour la gestion. On entend ici examiner les événements extrêmes en termes d’amplitude et d’occurrence dans l’année (ex. distribution spatio-temporelle des assecs, composition des crues). De tels travaux s'inscriront à la suite des travaux sur la quantification des incertitudes réalisés par Déqué et al. (2007) reprises par Vidal et al. (2008) et RExHySS.

Données d’entrée : WP3 (forçages météorologiques) et WP2.2 (sorties de modèles hydrologiques sous scénarios climatiques)
Délivrables :
Appréciation des incertitudes pour une sélection de variables sensibles définies dans le WP1
Mise en perspective par rapport aux conclusions du projet RExHySS (Ducharne et al., 2009)
Identification des tendances partagées par les modèles

WP 4.3 : Cours d’eau intermittents et biodiversité : le cas de l’Asse (Responsable : T. Datry, Cemagref MALY)

Les cours d'eau et rivières qui périodiquement cessent de s'écouler représentent une proportion très substantielle de l'ensemble des eaux douces du globe. En France, sur la base d’une estimation grossière à partir des données disponibles sur la banque HYDRO, entre 10 et 25 % des cours d’eau français pour lesquels on dispose de séries de débit subissent des assecs réguliers (Snelder et al., en prép.). Ce chiffre est sans doute largement en deçà de la réalité du fait d’une distribution des stations de jaugeage biaisée en faveur des cours d’eau pérennes. Le nombre et la longueur des cours d'eau intermittents sont amenés à s'accroître en réponse au réchauffement climatique et à la demande croissante des besoins en eau, comme semblent déjà l’indiquer les analyses de chroniques de débits (Cigizoglu et al. 2005, Pasquini et Depetris 2006). Ces cours d’eau bien représentés sur le pourtour méditerranéen abritent des espèces adaptées aux assecs, dont certaines ne sont vraisemblablement présentes qu’uniquement sur ces sites. Un bassin fait actuellement l’objet de suivi, il s’agit de l’Asse, affluent de la Durance en amont d’Oraison ; il sera le témoin biologique pour le fonctionnement des cours intermittent.

Il s’agit avant tout d’estimer les modifications de biodiversité en invertébrés aquatiques en réponse au changement climatique, en lien avec les modifications de la distribution spatio-temporelle des assecs. Le couplage de modèles climatiques, de modèles hydrologiques et de modèles biologiques intermittence~biodiversité en invertébrés permettront de fournir les premières estimations de changement biologique en rivières, attendues pour différents scénarios de réchauffement climatique. Ce type de projections est aujourd’hui inexistant, et constituerait une avancée fondamentale vers la traduction en termes d'anomalies biologiques des anomalies physiques attendues sous réchauffement climatique.

Nous disposons aujourd’hui d’une modélisation robuste de la distribution spatio-temporelle des assecs. Nous avons utilisé un modèle hydrologique statistique développé par les chercheurs néo-zélandais de NIWA (ELFMOD, Rupp et al. 2008, Larned et al. 2010). Ce modèle statistique, basé sur le couplage de mesures ponctuelles de débits avec des séries de débits existantes, permet de reconstruire les débits en tout point de la rivière concernée et cela pour toute valeur de débit entré. Ainsi, nous pouvons par exemple remonter dans le temps à partir des séries de débits existantes et calculer l’évolution temporelle et spatiale des assecs sur les dernières 30 années. De même, à partir de séries de débit prédites par un modèle climatique couplé à un modèle hydrologique, il est possible de prédire l’évolution dans le temps et l’espace des assecs, tout en mesurant les incertitudes de celles-ci.

Suite au travail de modélisation de l’intermittence et deux années de prélèvements bi-annuels d’invertébrés aquatiques benthiques et hyporhéiques, nous avons obtenu de premières relations quantitatives fortes entre les variables de l’intermittence (permanence d’écoulement annuel en %, fréquence et durée annuelles des assecs) et les caractéristiques des assemblages d’invertébrés. Ces relations vont se renforcer avec les prochaines campagnes de terrain prévues en 2010.

Un couplage entre ces trois types de modèles permettra naturellement de prédire les modifications de biodiversité en invertébrés aquatiques attendues sous différents scénarios de réchauffement climatique. Le pré-requis à cette étape est de pouvoir alimenter les modèles hydrologiques et biologiques avec des séries de débits prédites sous différents scénarios de réchauffement climatique, ainsi qu’avec leurs incertitudes.

Données d’entrée : WP3 (forçages météorologiques) et WP2.2 (sorties de modèles hydrologiques sous scénarios climatiques)
Délivrables :
Evolution de la distribution spatio-temporelle des assecs et de la biodiversité en invertébrés aquatiques benthiques et hyporhéiques sous différents scénarios, pour l’Asse.

WP 5 : Avenir de la demande (Responsable : P. Strosser, ACTEON)

L’objectif de ce WP est de produire des scénarios de prospective à l’échelle du territoire considéré sur les demandes futures en eau des principaux usages en vigueur sur le territoire, AEP, industrie, production d’électricité, agriculture pluviale et irriguée, loisirs liés à l’eau et milieux naturels.
L’horizon temporel de 2050 nécessite que les scénarios d’évolution des demandes intègrent les changements qui surviennent à des échelles de temps longues : modifications des comportements et préférences humaines, croissance de la population, développement économique, effets d’inertie des politiques publiques et des systèmes de production, évolutions technologiques… ainsi que les conséquences du changement climatique sur les systèmes naturels et humains.
En dehors des facteurs explicatifs de la demande en eau associés aux caractéristiques propres à l’usage considéré, l’étude prend en compte le caractère systémique de la réalité en intégrant les éléments (contexte et/ou acteurs) qui exercent une influence sur les activités de consommation et de production et par conséquent sur les usages de l’eau. Ces éléments externes modifient les facteurs constitutifs de la demande en eau des usages. Ils interviennent aussi bien à des échelles de temps longues (évolution des comportements, des systèmes de production, des politiques publiques…) qu’à des échelles plus courtes (évolution des marchés suite à des changements de politique économique…).
La connaissance de ces facteurs, de leurs interactions et de leur rôle dans la dynamique des systèmes de production et les modes de consommation, est essentielle pour pouvoir mener à bien un exercice de prospective à long terme. Cette connaissance doit permettre d’identifier les tendances lourdes et les éventuels « points de rupture » sur lesquels s’appuieront par la suite les scénarios.
Les éléments de contexte dont dépendent l’évolution des demandes et la dynamique des systèmes de production sont :
la dynamique démographique, la croissance économique, y compris le développement technologique, ainsi que l’évolution des comportements et des attentes sociétales (recherche de qualité de vie, exigence de sécurité et de sûreté) qui sont les facteurs moteurs de l’évolution des demandes en produits alimentaires, en énergie, en eau potable, en loisirs, en biens d’équipement et en services ….
les politiques publiques et réglementaires qui ont un rôle déterminant dans l’expansion des échanges mondiaux et l’orientation des politiques commerciales. Ils viennent modifier les rapports de compétitivité entre acteurs (Etat, entreprises…) ainsi que les incitations (signaux) que ceux-ci perçoivent. Les futurs possibles des outils de régulation doivent être envisagés car ils ont une influence déterminante sur l’évolution des systèmes productifs en termes de structure, d’organisation, de stratégie et de productivité d’une part, et sur les modes de consommation d’autre part.
le changement climatique est un facteur de changement global aux conséquences locales. De par ces effets potentiels sur les systèmes naturels et humains, il aura des impacts d’une part, sur la disponibilité de la ressource en eau, et d’autre part, sur les activités de production et de consommation utilisatrices de cette ressource. A l’échelle du territoire, il s’agit d’étudier la façon dont celui-ci peut s’adapter aux conséquences potentielles des modifications du climat (température, précipitation, enneigement, ensoleillement, etc.). La capacité des acteurs locaux à décider et à mettre en œuvre des mesures d’adaptation appropriées, plus particulièrement en termes de gestion de l’eau, de politique énergétique et agricole et d’aménagement des territoires, détermineront dans une large mesure la vulnérabilité de la ressource face au changement climatique.
les politiques territoriales menées par les acteurs locaux mais aussi leur capacité à s’organiser, se projeter dans l’avenir, à élaborer des projets et à favoriser les initiatives locales sont des leviers puissants pour le développement des activités économiques à l’échelle du territoire tout en faisant émerger des enjeux spécifiques. L’analyse territoriale est un domaine particulier et important de la prospective qui permet de « projeter » à l’échelle du territoire les évolutions globales des activités de production et de consommation et des phénomènes de société, en faisant émerger des enjeux spécifiques. (emploi, cohésion sociale, solidarité, environnement, occupation des sols…). Elle permet de faire le lien entre les logiques sectorielles qui dominent au niveau national et supra national et les logiques territoriales où les facteurs environnementaux et sociaux jouent un rôle capital.

De fait, la question de la gestion future de la ressource en eau est conditionnée à la connaissance des trajectoires possibles des activités utilisatrices de la ressource en eau sur le territoire : quelles activités et quelles utilisations de l’eau sont susceptibles d’évoluer, de disparaître ou au contraire d’émerger ?

Une fois définis les scénarios d’évolution des activités et des usages de l’eau, il s’agira d’évaluer leur incidence sur les besoins en eau et les demandes finales à partir des facteurs classiquement utilisés (variables climatiques, type d’assolement, superficie irriguée, bouquet énergétique, démographie, type d’industrie, technologie utilisée, etc.).
En termes de méthode, la démarche comprend trois étapes :
la première étape doit fournir des canevas des secteurs d’activité en vigueur sur le territoire (elle s’appuiera sur les livrables du WP2.1), développant une réflexion sur les tendances lourdes et émettant des hypothèses concernant les évolutions possibles des principaux descripteurs (croissance démographique, développement économique, préoccupations environnementales et sociétales, systèmes énergétiques, etc.). Ces tendances devront respecter une certaine cohérence avec les caractéristiques des canevas des scénarios d’émissions. Les conséquences à macro-échelle de ces évolutions sur les différents secteurs d’activité économique (agriculture, énergie, AEP, industrie, loisirs…) seront ensuite analysées. Cette étape est à la charge des experts du projet de recherche, mobilisant également la connaissance d’experts (nationaux, régionaux) sur des enjeux et secteurs particuliers.
la deuxième étape élabore des scénarios d’évolution des usages de l’eau à l’échelle du territoire en mobilisant les acteurs du territoire, en complémentarité de l’existant. Des acteurs représentatifs des différentes activités à l’échelle du territoire sont ainsi mobilisés dans le cadre d’ateliers interactifs pour co-construire des scénarios d’évolution, pertinents, cohérents et vraisemblables, à partir des éléments de contexte fournis par le groupe d’expert. Chaque scénario doit décrire les hypothèses d’évolution retenues, les conséquences potentielles pour le territoire et les interactions possibles avec le contexte environnant. Selon l’hétérogénéité de certains usages de l’eau et du territoire, une réflexion de type typologique sera menée conduisant à proposer des scénarios d’évolution distincts selon différents types (par exemple, différents types de systèmes agricoles ayant des réponses différentes aux évolutions sectorielles globales et macro-tendances, de par leurs contraintes propres et type de spécialisation, diversification ou proximité de marchés et lieux de vente).
la troisième étape traduit les évolutions des principaux secteurs (ou sous-secteurs) économiques et usages de l’eau en évolutions des demandes en eau pour chacun des usages (qualité et quantité) permettant de valider les paramètres des modèles d’usage calés sur le passé ou de suggérer d’autres paramétrisations (par ex. remise en cause de la thermo-sensibilité de la production hydroélectrique, modification des quantités pour le secteur agricole du fait de la modification des surfaces irriguées) (WP2.3).

En préparation à cette démarche :
une revue de bibliographie d’exercices de prospectives dans le domaine du changement climatique, des secteurs socio-économiques principaux et de l’adaptation sera effectuée. Cette revue de littérature abordera aussi bien des évolutions et macro-tendances (contribuant ainsi à l’étape 1 de la démarche) que des évolutions sectorielles plus locales ou du territoire Durance-Verdon (contribuant aux étapes deux et trois) telles les initiatives SOURSE de la région PACA et MEDCIE. Certains des résultats de ces initiatives seront exploités.
Des entretiens semi-structurés avec des acteurs clés des différents secteurs et parties de territoire seront organisés, ces entretiens permettant à la fois une appropriation par les chercheurs du territoire lui-même et d’identifier les principaux enjeux d’évolution pour le territoire Durance-Verdon. Ces entretiens permettront également de guider la revue bibliographique en allouant les ressources humaines sur les enjeux considérés comme les plus importants.

Données d’entrée : WP2.1 (typologie d’usager), WP2.3 (fonctions demande des modèles de pression) et WP3 (forçages météorologiques).
Délivrables :
Synthèses des ateliers d’acteurs de l’eau mobilisées pour la démarche de prospective ;
Expression des demandes par scénario de développement, par type d’activité ou sous-activité et par sous-bassin ;
Une première quantification des évolutions des besoins en eau sous un scénario de changement climatique ;
Paramètres futurs de la fonction demande des modèles (WP3.2) par secteur d’activité ou sous-secteur d’activité.

WP 6 : Confrontation demande/ressource, options de gestion intégrée et concertée
Cet axe doit croiser les axes précédents : connaissance de la disponibilité en ressource naturelle et demande en eau des différentes activités. Il doit permettre :
de caractériser la réponses du bassin dans sa configuration anthropisée et les défaillances possibles. Ce bilan sera fait en s’appuyant sur les outils de modélisation développés ;
d’identifier les options d’adaptation possibles pour une gestion durable de la ressource. Ces options peuvent être d’ordre technique, augmentation de la disponibilité de la ressource, recyclage de l’eau ou d’ordre réglementaire, économique et incitatifs.
Les deux sous WP sont fortement connectés. WP6.1 apporte le diagnostic de WP6.2. Il suppose la modélisation avec la composante gestion modifiée ou demandes en eau (modification des paramétrages de WP2.3 imposés par quelques scénarios négociés bien choisis) sous forçages climatiques du WP3. Nous incluons dans cette analyse les modélisations avec des modalités de gestion « business as usual » qui sera la référence et la base de discussion de WP6.2

WP 6.1 : Débits sous influences et risque de défaillance (Responsable : E. Sauquet, Cemagref HHLY)

Débits sous influences
Ce volet du projet s’attache à la description de l’évolution des débits anthropisés. A cette fin, on appliquera les mêmes outils statistiques que ceux utilisés dans le WP4.1 sur le régime naturel. Il sera ainsi possible de disposer d’une vision spatiale des changements sur les débits effectivement présents dans la rivière. Cette analyse sera effectuée pour chacun des futurs possibles, en fonction du forçage climatique, de la demande en eau et des options des gestion identifiées.

Défaillance de l’hydrosystème anthropisé
Une défaillance de l’hydrosystème peut être défini par le franchissement – dans l’espace et le temps – de seuils critiques sur les débits anthropisés. Ces seuils critiques en-dessous desquels la demande n’est pas satisfaite seront définis avec les acteurs locaux pour identifier les crises dans la gestion de la ressource. Plusieurs seuils pourront être testés et associés à différents niveaux de crise.

Nous ferons appel aux notions de fiabilité, de résilience et de vulnérabilité (Hashimoto et al., 1982 ; Fowler et al., 2003) qui qualifient respectivement la probabilité d’observer le système dans un état satisfaisant, la capacité du système à revenir dans un état satisfaisant et la sévérité du système lorsqu’il est défaillant. Une réflexion sur le choix des indicateurs renseignant ces notions sera menée du fait de leur partielle redondance et de leur sensibilité, suivant le retour d’expérience sur ces notions appliquées dans le cadre du projet Imagine2030 (Sauquet et al., 2010). Nous nous appuierons sur les travaux de Kjeldsen et Rosberg (2004) qui font reposer leurs indicateurs sur une expression de la sensibilité des usages et de la satisfaction des demandes.

La première étape visera à caractériser les défaillances du système dans l’état actuel, afin d’identifier les zones du bassin potentiellement critiques vis à vis des indicateurs. Pour une gestion territoriale efficace et durable, un regard simultané sur les différents sites est en effet indispensable. On s’intéressera ainsi à la composition des événements structurant les orientations de la gestion le long du réseau hydrographique. Cette appréciation multi-échelle permettra d’examiner si les défaillances ne touchent pas systématiquement le même secteur géographique ni le même secteur d’activité.

La deuxième étape consistera à effectuer la même analyse des défaillances dans le futur, avec des ressources et des demandes en eau modifiées, tout en conservant des règles de gestion inchangées par rapport à l’état actuel (situation « business as usual »). On pourra ainsi identifier l’évolution des défaillances entre situation actuelle et projection future, sur chacun des sous-bassins, mais aussi en termes de répartition spatiale sur le bassin et de répartition par domaine d’activité (Raje et Mujumdar, 2010).

La troisième étape consistera à examiner l’impact de différentes options de gestion générées par le WP6.2 sur les débits influencés futurs et sur les risques de défaillance afférents. Comme précisé plus haut, les résultats obtenus ici informeront le WP6.2 pour la génération de nouveaux scénarios de gestion. Par ailleurs, la disponibilité de plus sieurs options de gestion permettra de regarder à forçage climatique équivalent – et demande identique – l’influence de la gestion des ressources en eau sur le régime hydrologique anthropisé. On appliquera à cet effet les outils statistiques mis en œuvre dans le WP4.1 sur le régime naturel.

Données d’entrée : WP2, WP3 et WP4 sauf WP4.3
Délivrables :
Evolution des débits dans la configuration anthropisé ;
Statistiques de synthèse pour chaque sous bassin et représentations cartographiques associées.
Mise en perspective des incertitudes liées aux règles de gestion par rapport à celles délivrées sous configuration naturelle

WP6.2 : Options de gestion (Responsable : P. Strosser, ACTEON)

L’objectif de ce dernier thème de travail est de construire des scénarios alternatifs permettant la gestion « équilibrée et durable » de la ressource, qui prennent en compte l’évolution (i) de la demande des différents usages et de la disponibilité de la ressource d’une part et (ii) des politiques de développement territorial d’autre part.

Les outils et modèles développées seront utilisées pour la formulation et l’évaluation des scénarios qui porteront sur la demande en eau versus la disponibilité de la ressource. De fait, les scénarios alternatifs pourront mettre l’accent aussi bien sur la maîtrise de la demande que sur les possibilités d’augmenter l’offre en eau (ouvrages de stockage, transfert entre bassins….).

Le processus mis en œuvre sera itératif avec pour départ les modalités de gestion « business-as-usual », et leurs conséquences potentielles sur l’équilibre offre / demande en eau (WP6.1). Puis compte tenu des résultats, les scénarios alternatifs, éventail d’options possibles pour une gestion intégrée permettant d’atténuer la fréquence et l’intensité des déficits en eau, seront co-construits sur le principe d’une concertation entre les différents acteurs de l’eau en interaction avec les chercheurs. Cette démarche doit permettre d’intégrer les points de vue des acteurs et des parties prenantes dans la définition d’une politique équilibrée de la ressource - eau et de favoriser l’appropriation de celles-ci par l’ensemble du public. Ainsi, des ateliers participatifs similaires à ceux organisés dans le cadre du WP5 seront organisés – ces ateliers permettant d’identifier un éventail large d’options possibles ainsi que les principaux enjeux concernant leur mise en œuvre et leurs impacts (positifs et négatifs) attendus.

La définition des réponses possibles pourra être « cadrée » par quelques grandes orientations qui auront été définies au départ par l’ensemble des acteurs : protection et préservations des milieux, préservation du fonctionnement des nappes, des paysages…, protection de la ressource destinée à certaines activités, niveau de recouvrement des coûts, préservation de la qualité des eaux de surface et des eaux souterraines, maîtrise des impacts du réchauffement climatiques, extension d’activités jugées à fort enjeu par les acteurs (régions, usagers….).…

Les solutions les plus pertinentes seront retenues et les répercussions des mesures sur la ressource et la demande et l’équilibre ressource / demande seront testés à l’aide des modèles développés. L’incidence de déficits en eau sur les enjeux de développement économique et social des territoires sera aussi évaluée. Des analyses coûts-bénéfices et multicritères seront développées, ces analyses combinant la description qualitative des impacts positifs et bénéfices attendus (par rapport à la situation de base/de référence), une quantification des ces impacts (par exemple une superficie concernée ou un nombre d’habitants affecté) et autant que possible la monétarisation de ces coûts et bénéfices (y compris les bénéfices attendus de l’amélioration des biens et services fournis par l’écosystème aquatique suite à la mise en œuvre de mesures d’adaptation pertinentes.

Une attention particulière sera apportée à la mise en œuvre des stratégies d’adaptation proposées, que ce soit d’un point de vue de leur gouvernance, maîtrise d’ouvrage, financement, cohérence avec les politiques et stratégies territoriales existantes, etc. Certains des éléments collectés au cours des ateliers participatifs d’acteurs seront complétés par des entretiens avec des décideurs clés (financeurs, maîtres d’œuvre, politiques) pour identifier les principaux éléments d’une feuille de route pour la mise en œuvre des stratégies proposées.

Au final, l’objectif sera d’arriver à définir :
des stratégies de gestion de la ressource susceptibles de garantir une utilisation durable de la ressource tout en permettant de maintenir les grandes options d’aménagements et de développement des territoires,
une évaluation de l’impact de ces stratégies au regard de leurs impacts sociaux-économiques et environnementaux,
des protocoles et feuilles de route préconisant de stratégies et mesures d’adaptation possibles.

Données d’entrée : WP2, WP3, WP4 sauf WP4.3 et WP6.1 (caractérisation des impacts des scénarios de gestion sur la satisfaction de la demande)
Méthode : Dans le cadre du projet, les options de gestions seront discutées dans une configuration et des conditions proches de celles d’un PGE ou d’un SAGE. Des jeux de simulation entre les acteurs seront mis en œuvre pour faire émerger les scénarios alternatifs de gestion.
Délivrables :
Synthèses des ateliers d’acteurs de l’eau mobilisées pour la démarche de prospective
Un rapport présentant les stratégies d’adaptation alternatives définies et évaluées d’un point de vue socio-économique et environnemental

Synthèse

Les contributions de chaque équipe à la mise en œuvre du projet, hors WP1 impliquant toutes les équipes, se déclinent de la manière suivante :

WP1WP2.1WP2.2WP2.3WP3WP4.1WP4.2WP4.3WP5WP6.1WP6.2(1) Cemagref LyonXXXXXXX(2) EDF R&DXXXXXXX(3) EDF DTGXX(4) UMR 7619 SisypheXXXXX(5) Cemagref AntonyXXXX(6) LTHEXX(7) Société Canal de ProvenceXXXXX(8) ACTEONXXXX
Le projet est prévu pour une durée de trois ans. Le calendrier prévisionnel décliné en six semestres (S1 à S6) est donné ci dessous.

S1S2S3S4S5S6WP1WP2.1WP2.2WP2.3WP3WP4.1WP4.2WP4.3WP5WP6.1WP6.2
Le dernier semestre inclut la rédaction des articles de valorisation et le rapport de synthèse, il mobilise toutes les équipes et tous les WPs.

2.4 Composition et descriptif des travaux de chaque partenaire :

Un équivalent de 228 ETP mois sera consacré au projet. La répartition prévue des actions entre les partenaires est donnée par le tableau ci-dessous :

EquipesPersonnesStatutDomaine d’interventionNb moisCemagref LyonEric SauquetCR1Hydrologie/Climatologie9Jean-Philippe VIDALCR2Hydrologie/Climatologie 7Isabelle BRAUDDR2Hydrologie/Modélisation3.75Flora BRANGERIPEFHydrologie/Modélisation3.75XXCDDHydrologie/Modélisation6YYCDDHydrologie/Climatologie 6ZZ, AA, BBStageHydrologie/Climatologie/Modélisation18Thibault DATRYCR1Biologie/Modélisation1Raphael MONSTRBiologie/Modélisation0.5EDF/LNHERené SAMIEIngénieur de rechercheEconomie/Usages/Prospective4Laure SANTONIIngénieur de rechercheEconomie/Gestion/Prospective1Frédéric HENDRICKX Ingénieur de recherche (expert)Hydrologie/Climatologie/Gestion de production2Nicolas LE MOINEIngénieur de rechercheHydrologie/Modélisation1.5Marie BOURQUIIngénieur de rechercheHydrologie/Climatologie1.5Pascal POULHEIngénieur de rechercheProspective/Coordination EDF2XXCDDHydrologie/Modélisation6YYCDDModélisation/Usages6EDF/DTGAnna KUENTZDoctorantHydrologie2Thibault MATHEVETIngénieurHydrologie/Modélisation2XXCDDDonnées opérationnelles4Pierre BERNARDIngénieurDonnées opérationnelles1Christian PERRETExpertHydrologie1UMR SisypheAgnès DUCHARNE CR1 CNRSHydrologie/Modélisation6Ludovic OUDINMaître de conférencesHydrologie/Modélisation3Frédéric HOURDINDR2 CNRS (LMD)Climatologie/Modélisation 1Frédérique CHERUYCR1 CNRS (LMD)Climatologie/Modélisation2Martial MANCIPIR CNRS (LMD)Informatique/Calcul scientifique2XX, YY, ZZStagiairesHydrologie/Modélisation18WWDoctorant *Hydrologie/Modélisation30Cemagref AntonyVazken ANDREASSIANIPEFHydrologie/Modélisation2Charles PERRINIAEHydrologie/Modélisation4XXStageHydrologie/Modélisation12YYCDDHydrologie/Modélisation6LTHEBenoit HINGRAYCR1Hydrologie/Climatologie3 StageHydrologie/Climatologie10Abdelkader MezghaniCDDHydrologie/Climatologie12Société du Canal de ProvenceCéline GEOFFROYResponsable de la mission prospective - EconomisteEconomie/Usages/Prospective1Isabelle LE GOFFIngénieur agronomeIrrigation/Modélisation/Développement agricole1.2Jean-François BRUN Chef du service Aménagement-Environnement - ingénieur hydraulicienAménagement/Prospective) 0.8XXStagiaireIrrigation/Modélisation/Développement agricole6YYStagiaireIrrigation/Modélisation/Développement agricole6ACTEONPierre STROSSERGérantEconomie/usages/prospective2Fabienne KERVARECResponsable gouvernance et institutionEconomie/usages/prospective4Owen LE MATEconomisteEconomie/usages/prospective4Brice AMANDAménagement du territoireProspective/SIG3* Le LNHE va conduire des travaux connexes à la présente proposition sur la question de la gestion territoriale de l’eau, en prenant la Durance comme site-atelier. Se situant sur plan plus méthodologique qu’opérationnel à ce stade, il a semblé plus pertinent de ne pas les inclure strictement dans la proposition. Pour autant, ces travaux réalisés dans le cadre d’une thèse (financement EDF R&D, direction AgroParisTech, B. Barraqué) seront utilement mis à profit notamment dans le WP 2. La thèse proposée aura un triple objectif à remplir : (i) proposer une échelle spatiale pertinente à l’analyse de la dynamique territoriale de la gestion de l’eau et de ses liens avec l’aménagement du territoire, (ii) élaborer une méthode d’appréhension de la dynamique territoriale de la de la gestion de l’eau applicable à d’autres territoires (iii) identifier les leviers et les obstacles de la gestion dans ses déclinaisons territoriales qui seraient à intégrer dans une démarche prospective pour répondre aux nouveaux enjeux de rareté de la ressource en eau. Le démarrage est prévu à l’été 2010, ce qui rend ces travaux parfaitement compatibles avec la présente proposition en termes de calendrier.

** EDF/DTG propose un sujet de thèse dont les objectifs globaux dépassent le cadre du présent projet : (1) la reconstitution et l’analyse du fonctionnement de la Durance (2). L’essentiel de l’objectif (1) est globalement versé à la proposition et viendra alimenter le WP 2.1* .Le début de thèse est prévu en juillet 2010.

*** L’UMR Sisyphe propose un sujet de thèse en lien avec le présent projet, sur la modélisation hydrologique du bassin versant de la Durance avec les modèles CLSM et ORCHIDEE, et l’analyse des impacts hydrologiques simulés par ces modèles (WP2.2, WP5.1, WP5.2). Cette thèse pourrait être pourvue par des étudiants ayant une bourse (2 étrangers possibles) ou par l’Ecole Doctorale « Géosciences et Ressources Naturelles » de l’UPMC (réponse en juillet 2010).
Valorisation envisagée : bases de données, résultats et produits attendus pour la gestion, transferts aux utilisateurs, généralisation… 
Le projet mobilisera les acteurs locaux et des partenaires institutionnels qui seront conviés à assister et participer aux comités de pilotage organisés régulièrement sur le terrain :
la Région Provence - Alpes-Côte d'Azur (Délégation générale à la politique de l'eau et Direction Environnement) ;
l’Agence de l'Eau RMC (Siège, Lyon et Délégation de Marseille) ;
la Direction Régionale de l'Environnement, de l'Aménagement et du Logement (DREAL) ;
la Chambre Régionale d'Agriculture ;
le Syndicat Mixte d'Aménagement de la Vallée de la Durance (SMAVD) ;
le Syndicat Mixte d'Aménagement et de Développement de Serre-Ponçon (SMADESEP) ;
la Société des Eaux de Marseille (SEM) ;
le Parc Naturel Régional du Verdon (portage du SAGE et contrat de rivière partie Verdon).

Transferts aux utilisateurs : Pour le bon déroulement du projet et pour une communication efficace des résultats, il est convenu de réunir les représentants lors de comités de pilotage (fréquence : deux fois par an sur le territoire d’étude). Les comités de pilotage sont des relais pour transférer au fil du projet les résultats du projet. Au cours de ces réunions semestrielles, les partenaires du projet pourront solliciter les acteurs locaux dans la phase de construction des modélisations (vérification du réalisme des options et hypothèses choisis, critère de défaillance pour leur système), dans la phase de récolte des données (accès à des données non identifié(e)s) et dans la phase d’élaboration de scénarios prospectifs.

Les partenaires de ce projet procèderont à une restitution finale de ces travaux (séminaire ouvert aux acteurs, politiques et sciuentifiques, à l’image de ce qui a été fait pour Imagine2030, http://www.eau-adour-garonne.fr/article.asp?id=1837). Les méthodes engagées et les hypothèses de travail, les principaux résultats obtenus seront présentés. Ce séminaire sera également l’opportunité d’engager une discussion entre scientifiques et acteurs de la gestion de l’eau sur l’évolution de la ressource en eau et les stratégies d’adaptation possibles. Il s’agira d’un colloque de vulgarisation, ouvert préférentiellement aux acteurs et élus locaux.

Des documents de synthèses communicants, traduisant l’avancement des travaux et principaux résultats obtenus en messages et enjeux facilement accessibles, seront spécifiquement préparés comme supports aux réunions et discussions du comité de pilotage.

Les ateliers de prospectives, organisées dans le cadre du WP… et mobilisant les acteurs de la gestion de l’eau du territoire, contribueront à l’émergence d’une réflexion collective sur l’évolution de la ressource en eau sur le territoire et aux stratégies d’adaptation possibles. Ces ateliers renforceront l’appropriation par le plus grand nombre des résultats du projet de recherche.

Base de données : Il est très délicat de transmettre des données en dehors des partenaires du projet, notamment celles relatives aux usages (caractère industriel sensible).

Résultats et produits attendus pour la gestion : Les partenaires s’engagent à communiquer les résultats sous forme d’indicateurs de synthèse (a minima les variables hydrologiques présentes dans les fiches synthèse de la banque HYDRO calculés aux différents horizons). Assortis des incertitudes, ils pourraient être rendus publics sous la forme de fiches identiques.

Communication : Un site web dédié au projet sera créé. Seront mis en ligne une présentation du projet, les différents comptes-rendus des réunions et les principaux résultats obtenus. Nous envisageons de diffuser les résultats lors de colloques scientifiques nationaux et internationaux sur le sujet du changement climatique et de ses impacts. Les principaux résultats pourront être diffusés dans des revues scientifiques à comité de lecture. Une grande partie de ces publications ne sera soumise qu’après la fin du projet. Le MEEDDM sera informé de la publication travaux.
Expérience et moyens des équipes dans le domaine considéré

Cemagref Lyon
L’Unité de Recherche Hydrologie-Hydraulique du Cemagref de Lyon développe des activités scientifiques dans le domaine de l’hydro-météorologie et l’hydrologie statistique. Il a participé notamment à plusieurs projets de recherche sur l’impact du changement climatique sur des grands bassins français : la Seine et la Somme (Ducharne et al., 2009) et la Garonne (Sauquet et al., 2009). L’équipe est actuellement impliquée dans le projet HYDROQUAL sur la Loire, dans lequel elle s’est engagée à examiner comment le changement climatique affecte les régimes hydrologiques, en termes de modification des crues, des moyennes eaux et des étiages. Enfin, il est le partenaire français du projet européen XEROCHORE, « An Exercise to Assess Research Needs and Policy Choices in Areas of Drought » (FP7), dont l’objectif est de dresser un état de l’art sur les sécheresses et d’identifier les principales lacunes et potentielles pistes de recherche. L’unité possède aussi des compétences en modélisation des interactions sol-végétation-atmosphère (modèle SiSPAT) qui seront mises à disposition du projet.
L'équipe DYNAM, au sein de l'unité de Recherche MALY (Milieux Aquatiques, Ecologie et Pollutions) a pour objectif de développer et tester des outils prédictifs pour la gestion et la restauration des écosystèmes d'eau courante et en particulier de leurs caractéristiques physiques (hydrologie, hydraulique, substrat, température). Les outils que l'équipe développe cherchent à être transférables entre systèmes et associés d'incertitudes. Dans ce but, l'équipe privilégie une approche comparative des dynamiques et des tendances biologiques à de multiples échelles d'espace et de temps, dans des systèmes diversifiés (cours d'eau de montagne à grands cours d'eau, cours d'eau intermittents…) et pour différents groupes biologiques (poissons, invertébrés à différents niveaux de détermination, plantes).
Ben Daoud A., Obled C., Lang, M., Sauquet E., Bontron G., 2009. Comparison of the 850 hPa relative humidity between ERA-40 and NCEP/NCAR re-analyses: detection of suspicious data in ERA-40. Atmospheric Science Letters, doi:10.1002/asl.208
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Carreau J., Naveau P., Sauquet. E., 2009. A Statistical Rainfall-Runoff Mixture Model with Heavy-Tailed Components, Water Resour. Res., 45, W10437, doi:10.1029/2009WR007880.
Datry T., Malard F. and Gibert J. (2005) Response of invertebrate assemblages to increased groundwater recharge rates in a phreatic aquifer. Journal of The North Benthological Society 24(3), 461-477
Datry, T., & Larned, S.T., (2008.): River flow controls ecological processes and invertebrate assemblages in subsurface flowpaths of an ephemeral river reach. Can. J. Fish. Aquat. Sci. 65(8):1532-1544
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Ducharne, A., Habets, F., Déqué, M., Evaux, L., Hachour, A., Lepaillier, A., Lepelletier, T., Martin, E., Oudin, L., Pagé, C., Ribstein, P., Sauquet, E., Thiéry, D., Terray, L., Viennot, P., Boé, J., Bourqui, M., Crespi, O., Gascoin, S., Rieu, J., 2009. Impact du changement climatique sur les Ressources en eau et les Extrêmes Hydrologiques dans les bassins de la Seine et la Somme, Rapport final du projet RExHySS, Programme GICC, 62 pp. http://www.sisyphe.jussieu.fr/~agnes/RExHySS/documents_rapport.php
Larned, S.T., Datry, T., Arscott, D.R., & Tockner, K., (2009). Like a fish out of water: the ecology of intermittent rivers. Freshwater Biology, doi:10.1111/j.1365-2427.2009.02322.x
Larned, S.T., Datry, T., etand Robinson, C.T., (2007.) Invertebrate and microbial responses to inundation in an ephemeral river: effects of preceding dry periods. Aquatic Sci. 69: 554-567.
Sauquet, E., Dupeyrat, A., Hendrickx, F., Labedade, R., Samie, R., Vidal, J-P., Perrin, C., Boudhraa, H. et Gaëckler, M, 2009. Impacts anthropiques et étiages de la Garonne à l’horizon 2030 - Colloque 193 SHF : «Etiages, Sécheresses, Canicules rares et leurs impacts sur les usages de l’eau», Lyon, 7-8 octobre 2009.
Vidal J.-P, Hendrickx, F. Case study: Impact of climate change and hydropower management on low-flows for the Ariège River, France. Dans : Modelling the Impact of Climate Change on Water Resources (F. Fung, A. Lopez et M. New, eds.), Blackwell Publishing, soumis aux éditeurs.

EDF/LNHE
Le Laboratoire National d'Hydraulique et d'Environnement (LNHE) est un département de la Direction Recherche et Développement d'Electricité de France (EDF). EDF est particulièrement concernée par l'évolution de la ressource en eau puisque celle-ci sert à la fois de "carburant" pour l'hydroélectricité et de source de refroidissement pour les centrales thermiques classiques ou nucléaires. Les dernières années de sécheresse 2003 ou 2005 ont aussi fait prendre conscience que l'eau était une ressource rare et partagée par plusieurs usages dont la production électrique. Parmi ses missions le LNHE a pour objectif de fournir des éléments sur l'évolution de la ressource en eau et l'évolution des usages dans une vision prospective. Les compétences en hydrologie et en multi-usages de l'eau du département sont donc mobilisées sur ces sujets. Les équipes participent ou ont participé à plusieurs projets de recherche nationaux tels les projets GICC-Rhône (programme GICC), IMAGINE2030 (APR RDT) ou RIWER2030 (ANR VMCS). Le travail en commun entre les deux compétences engagé lors du projet IMAGINE2030 est une des forces du Laboratoire qui a ainsi déjà amorcé un travail interdisciplinaire. Lors de ce projet un effort particulier a également été fait pour maintenir un lien assez fort avec les unités opérationnelles d'EDF sur le bassin de la Garonne ce qui a permis une meilleure appropriation du territoire par les équipes de recherche et une transmission des résultats par les acteurs EDF du bassin.
Dupeyrat, A., Agosta, C., Sauquet, E., Hendrickx, F., 2008. Sensibilité aux variations climatiques d'un bassin à forts enjeux : le cas de la Garonne. Actes du 13th IWRA World Water Congress 2008 (Montpellier, France, 1-4 septembre 2008), 15 pages.
Hendrickx, F., 2001. Impact hydrologique d’un changement climatique sur le bassin du Rhône, Hydroécol. Appl. Tome 13, 1 : 77-100
Manoha, B., Hendrickx, F., Dupeyrat, A., Bertier, C., Parey, S., 2008. Climate change impact on the activities of Electricité de France. La houille blanche, 2, 55-60
Salomon M.A., Santoni L,. 2003. Appui au renouvellement des titres : guide méthodologique pour la valorisation économique des usages de l’eau, Rapport interne EDF HP/76/03/065/A.

EDF/DTG
La Division Technique Générale est une unité d’appui aux parcs en exploitation pour la plupart des domaines techniques qui touchent au fonctionnement des unités de production. Pour ce qui concerne la gestion des ressources en eau, deux services d’une trentaine de personnes travaillent à l’exploitation d’un réseau de mesures hydroclimatologiques ainsi qu’à la surveillance et la prévision des débits à différentes échéances. Ils sont épaulés par un service d’appui qui les assistent pour le développement d’outils et de méthodes sur le plan des mesures et de la modélisation. L’expérience opérationnelle de la DTG est ancienne puisqu’elle remonte à la création d’EDF. Dès cette époque en effet, la question de l’optimisation des réservoirs de l’hydroélectricité se posait et DTG commençait à y répondre à partir de réseaux de mesures et de modélisations. Sur le bassin de la Durance en particulier, la gestion du lac de Serre Ponçon dont la finalité est double, production hydroélectrique et alimentation des canaux d’irrigation de la Basse Durance, DTG a développé des modélisations qui permettent aujourd’hui d’améliorer la gestion dans les situations difficiles comme ce fut le cas en 2007.
Garçon, R., Houdant, B., Garavaglia, F., Mathevet, T., Paquet, E., Gailhard, J. (2008). Expertise humaine des prévisions hydrométéorologiques et communication de leurs incertitudes dans un contexte décisionnel. Proc. Colloque SHF «Prévisions hydrométéorologiques», Lyon, 18-19 novembre 2008, 115-126.
Gottardi 2009. Estimation statistique et réanalyse des précipitations en montagne. Utilisation d'ébauches par types de temps et assimilation de données d'enneigement. Application aux grands massifs montagneux français. Thèse de l’Institut Polytechnique de Grenoble, 261 p.
Lallement, C., 2009. Que peut apporter la valorisation d'anciennes données hydrométriques ? la Durance au pont de Mirabeau 1832-1959 (Lessons learned from the Durance at Pont de Mirabeau 1832-1959). La Houille Blanche, 3, DOI 10.1051/lhb/2009023
Mathevet, T., Carré C., Garçon, R., & Perret, C. (2008) Estimation de l’incertitude d’un débit sur le réseau hydrométrique d’EDF-DTG (Streamflow uncertainty assessment of EDF-DTG gaugings stations). Congrès SHF « Mesures hydrologiques et incertitudes en hydrométrie et qualité de l’eau », Paris 1 et 2 avril 2008.

UMR Sisyphe
L’UMR Sisyphe est un des leaders français en ce qui concerne les impacts du changement climatique sur l’hydrologie à l’échelle régionale, qu’il s’agisse des ressources en eau, des extrêmes hydrologiques ou de la qualité de l’eau (thermique et biogéochimie). Ces projets reposent sur la maitrise de la modélisation des flux hydriques et des processus couplés au sein des hydrosystèmes continentaux, qui constitue un des points forts de l’UMR Sisyphe. Une large gamme de modèles hydrologiques y est disponible, dont le modèle CLSM (développé par A. Ducharne), le modèle GR4J (utilisé par L. Oudin formé au Cemagref Antony), et le modèle ORCHIDEE de l’Institut Pierre Simon Laplace (IPSL). L’objectif principal de ce dernier est de calculer les flux d’eau et d’énergie échangés entre la surface continentale et l’atmosphère dans le modèle climatique LMDz, dont le développement est une activité essentielle du Laboratoire de Météorologie Dynamique de l’IPSL, et qui a servi à tous les exercices du GIEC. Le développement de paramétrisations spécialisées de l’hydrologie des sols et des bassins versants pour mieux contraindre ces flux a été initié par A. Ducharne lors de sa thèse au LMD. La collaboration s’est récemment renforcée entre Sisyphe et le LMD, via le projet HYDROSOL, financé par R2DS et coordonné par A. Ducharne, avec F. Hourdin et F. Chéruy du LMD. Il s’agit d’étudier si la paramétrisation des transferts hydriques dans le sol permet d’améliorer le climat simulé en Ile de France et de modifier les projections de changement climatique.
Campoy A , Ducharne A, Cheruy F, Dupont JC, Haeffelin M, Hourdin F (2010) : Impact du schéma de surface sur la simulation de la météorologie locale au SIRTA, Ateliers de Modélisation de l'Atmosphère, 26-28 janvier 2010, Toulouse, France.
Cheruy F. and F. Aires (2009). Cluster analysis of cloud properties over the Southern Europe Mediterranean area in observations and a model. Monthly Weather Review, 137, 3161–3176.
Ducharne, A., Koster, R.D., Suarez, M.J., Praveen, K. and Stieglitz, M. (2000) : A catchment-based approach to modeling land surface processes in a GCM - Part 2: Parameter estimation and model demonstration, Journal of Geophysical Research, 105 (D20): 24823-24838.
Ducharne, A., Golaz, C., Leblois, E., Laval, K., Polcher, J., Ledoux, E. and de Marsily, G. (2003) : Development of a High Resolution Runoff Routing Model, Calibration and Application to Assess Runoff from the LMD GCM. Journal of Hydrology, 280: 207-228.
Ducharne A, Baubion C, Beaudoin N, Benoit M, Billen G, Brisson N, Garnier J, Kieken H, Lebonvallet S, Ledoux E, Mary B, Mignolet C, Poux X, Sauboua E, Schott C, Théry S, Viennot P (2007). Long term prospective of the Seine river system: Confronting climatic and direct anthropogenic changes. Science of the Total Environment, 375, 292-311,  HYPERLINK "http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2006.12.011" \t "doilink" doi:10.1016/j.scitotenv.2006.12.011
Ducharne A, Habets F, Déqué M, Evaux L, Hachour A, Lepaillier A, Lepelletier T, Martin E, Oudin L, Pagé C, Ribstein P, Sauquet E, Thiéry D, Terray L, Viennot P, Boé J, Bourqui M, Crespi O, Gascoin S, Rieu J (2009). Impact du changement climatique sur les Ressources en eau et les Extrêmes Hydrologiques dans les bassins de la Seine et la Somme, Rapport final du projet RExHySS, Programme GICC, 62 pp.  HYPERLINK "http://www.sisyphe.jussieu.fr/%7Eagnes/rexhyss/documents_rapport.php" \t "_blank" PDF
Oudin L., Andréassian V., Lerat J. & Michel C.,(2008), Has land cover a significant impact on mean annual streamflow? An international assessment using 1508 catchments.., J. Hydrology, 357:303-316.

Cemagref Antony
L'Unité de Recherche Hydrosystèmes et Bioprocédés du Cemagref d'Antony est composée de huit équipes thématiques, dont l'équipe Hydrologie qui développe des activités scientifique dans le domaine de la modélisation hydrologique et de ses applications dans des contextes opérationnels. Cette équipe a participé à de nombreux projets scientifiques et expertises liés aux questions de ressources et de risques, au niveau national et international. Ces dernières années, elle a été impliquée dans deux projets scientifiques sur les impacts du changement climatique, le projet IMAGINE2030 sur le bassin de la Garonne mentionné plus haut, et le projet RHEINBLICK2050, projet visant à évaluer les conséquences du changement climatique sur le bassin versant du Rhin. L'équipe a constitué des bases de données hydro-météorologiques sur un millier de bassins versants français sur lesquels elle teste ses modèles et méthodologies. Elle a notamment développé une gamme de modèles hydrologiques (modèles GR4J, GR2M) largement testés en France et à l'étranger.
Oudin L., Hervieu F., Michel C., Perrin C., Andréassian V., Anctil F. & Loumagne C. (2005): Which potential evapotranspiration input for a lumped rainfall-runoff model? Part 2 - Towards a simple and efficient potential evapotranspiration model for rainfall-runoff modelling., Journal of Hydrology, 303 :290-306.
Oudin L., Andréassian V., Lerat J. & Michel C.,(2008), Has land cover a significant impact on mean annual streamflow? An international assessment using 1508 catchments.., J. Hydrology, 357:303-316.
Oudin, L., Andréassian, V., Perrin, C. et Anctil, F., 2004. Locating the sources of low-pass behavior within rainfall-runoff models. Water Resources Research, 40(11): W1110101-W1110114.
Perrin, C., Andréassian, V., Michel, C. et Oudin, L., 2005. GR4J: a parsimonious model for rainfall-runoff simulations, EGU 2nd General Assembly. Geophysical Research Abstracts, Vol 7, 2005.

LTHE
Le laboratoire d’Etudes des Transfert en Hydrologie et Environnement développe différentes activités de recherche en hydrométéorologie, sur la caractérisation et la modélisation des systèmes précipitants, la modélisation hydrologique et la caractérisation de la ressource en eau et des risques hydrologiques dans un contexte de climat changeant. Le LTHE a renforcé récemment ses activités de recherche en hydrologie alpine (création de l’équipe commune LGGE-LTHE Chyc : ) et en régionalisation du climat (axe transversal de l’OSUG coordonné par le LTHE et le LGGE). Il s’appuie pour ses recherches sur le développement de différents modèles hydrologiques adaptés au milieu alpin (GSM-Socont, Horton et al 2005 ; ID, Lafaysse et al., submitted) ainsi que sur le développement de différents générateurs statistiques de temps. Différents modèles de descente d’échelle statistiques sont en cours de développement pour la génération de scénarios météorologiques : analog, un modèle non paramètrique analogique pour la prévision quantitative des précipitations sur différentes régions françaises (Obled et al. 2002), ddwgen ,un modèle semi-paramétrique combiné pour la génération de scénarios multisite horaire de températures et de précipitations en milieu alpin (Mezghani et Hingray, 2009). Le LTHE coordonne actuellement le projet RIWER2030 visant à caractériser l’impact du changement climatique sur la ressource en eau et les ressources énergétiques associées pour le bassin de la Haute Durance et de la Loire à l’amont de Giens.
Hingray, B., Mezghani, A., Buishand, A., (2007). Development of regional climate change pdf’s from uncertain global mean warming and an uncertain scaling relationship. Hydr. Earth Syst. Sc. 11(3):1097-1114.
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Mezghani, A. and Hingray, B., 2009. A combined downscaling-disaggregation weather generator for stochastic generation of multisite hourly weather variables in complex terrain. Development and multi-scale validation for the Upper Rhone River Basin. J. Hydrology.  HYPERLINK "mailbox://C|/science?_ob=PublicationURL&_tockey=%23TOC%235811%232009%23996229996%231528581%23FLA%23&_cdi=5811&_pubType=J&view=c&_auth=y&_acct=C000050221&_version=1&_urlVersion=0&_userid=10&md5=d391d20b5e6be0fb7e034532ad5be44d" 377 (3-4) : 245-260.
Obled, C., G. Bontron, et al. (2002). "Quantitative precipitation forecasts: a statistical adaptation of model outputs through an analogues sorting approach." Atmospheric Research 63(3-4): 303-324
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Société du Canal de Provence
La Société du Canal de Provence (SCP) est une Société d’Aménagement Régional, régie par les règles du droit privé des sociétés, et dont les collectivités publiques territoriales de la Région sont actionnaires majoritaires. L’Etat lui a confié, en 1963, une mission de service public dans le cadre d’une concession pour l’aménagement hydraulique de la Provence en vue de l’irrigation et de l’alimentation en eau pour les usages domestiques, agricoles et industriels. La loi de décentralisation du 13 août 2004 a permis le transfert des biens de l’Etat concédés à la SCP à la région Provence-Alpes-Côte d'Azur, le 30 décembre 2008. La SCP a pour mission la création et la gestion des réserves et ouvrages de transport d’eau nécessaires, en complément des ressources locales, à la desserte du territoire de la Région Provence Alpes Cote d’Azur, et la fourniture d’eau aux communes, particuliers, agriculteurs et industriels. Directement concernée dans sa mission d’aménagement régional par les effets des changements climatiques, par l’évolution du contexte institutionnel de la gestion des ressources en eaux (Directive Cadre Européenne sur l’eau, Schéma d’Aménagement de Gestion des Eaux du Verdon, Plan Durance) et par l’évolution des territoires (Schéma Régional d’Aménagement et de Développement du Territoire Provence-Alpes-Côte d'Azur), la SCP s’est engagée depuis 2007 dans une démarche de veille prospective, visant à suivre et partager les informations et les outils permettant d’anticiper les évolutions possibles de l’environnement de la Société, et l'évolution prévisible des prélèvements futurs. Enfin, la SCP contribue activement, aux côtés de la Région PACA, à l’élaboration du « Schéma Régional d’orientations pour une utilisation raisonnée et solidaire de la ressource en eau », engagé en 2009 et qui se poursuit en 2010.

ACTEON
ACTeon est un cabinet de conseil et recherche spécialisé dans l’appui au développement de dynamiques locales de développement durable et de politiques de l’environnement. Son implication dans des projets de recherche et études permet de mobiliser différentes expertises et expériences que ce soit d’ordre méthodologique (analyses de dynamiques territoriales, prospective, socio-économie, ingénierie de l’environnement…), de connaissance des enjeux et dynamiques sectoriels (agriculture, irrigation, développement économique, environnement…) ou d’animation et de communication (méthodes participatives, implication des acteurs, information et communication…). Son implication forte au niveau européen dans les problématiques du développement durable et de gestion des ressources en eau complète une expérience française en fort développement orientée vers l’appui aux collectivités locales et services de l’état. ACTeon possède également une forte expertise dans la mise en œuvre d’instruments économiques appliqués au domaine de l’eau, que ce soit en ce qui concerne les instruments « classiques » tels la tarification, les taxes/redevances ou les subventions aux investissements que en ce qui concerne des instruments plus innovants tels les marchés de l’eau. ACTeon contribue aujourd’hui à différentes réflexions prospectives dans le domaine de l’eau, y compris en France dans le cadre d’appuis à des Schémas d’Aménagement et de Gestion des Eaux (SAGEs) et le développement de scénarios tendanciels (par exemple, Bassin Houiller, Alllier Aval, Loire Amont) ou l’appui au MEEDDM (prospective eau/milieux aquatiques et territoire 2030). Enfin, ACTeon est régulièrement impliqué dans des projets de recherche européens (par exemple, SWIFT, BRIDGE, Aquaterra, IWRM.Net…).
Lückge H, Strosser P., Graveline N., Dworak T and Rinaudo J-D. (2009)Assessing the impact of alternative monitoring methods and tools on cost and decision making: methodology and experinences from case studies. In: Gonzales, Greenwood and Quevauvillier. Rapid chemical and biological techniques for water monitoring. London: Wiley. Pp. 285-396.
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 Compte tenu du calendrier électoral, il n’a pas été possible d’obtenir un engagement écrit avant le dépôt du dossier.
 SCAMPEI (Scénarios Climatiques Adaptés aux zones de Montagne : Phénomènes extrêmes, Enneigement et Incertitudes) : http://www.cnrm.meteo.fr/scampei/
 SCENES (Water Scenarios for Europe and for Neighbouring States) http:// www.environment.fi/syke/scenes
 ACQWA (Assessing climate impacts on the quantity and quality of water) : http://www.acqwa.ch/
 WATCH (Water and global change) : http://www.eu-watch.org/
 HyMeX (Hydrological cycle in Mediterranean experiment) : http://www.hymex.org/
 ADAPTALP (Adaptation to climate change in the Alpine Space) : http://www.adaptalp.org/
 http://ensembles-eu.metoffice.com/









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