Modélisation et analyse de services éco-hydrauliques des réseaux de canaux et fossés des agrosystèmes méditerranéens

Modelling and analysis of eco-hydraulic services of ditch and channel networks in Mediterranean agrosystems

• Auteur / Autrice : Gabrielle Rudi
• Direction : Jean-Stéphane Bailly, Gilles Belaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre et de l'eau
• Date : Soutenance le 06/05/2019
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'étude des interactions sols-agrosystèmes-hydrosystèmes (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Jean Roger-Estrade
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Stéphane Bailly, Gilles Belaud, Jean Roger-Estrade, Christophe Cudennec, Freddy Rey, Carole Delenne, Fabrice Vinatier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Cudennec, Freddy Rey

Mots clés

Mots clés libres

Réseau de canaux et fossés

Services écosystémiques

Modèle couplé

Agrosystème méditerranéen

Pratiques d'entretien

Traits d'effet de la végétation

Canal and ditch network

Ecosystem services

Coupled model

Mediterranean agrosystem

Management regimes

Plant effect traits

Résumé

Les infrastructures agroécologiques sont des éléments paysagers semi-naturels pourvoyeurs de services et des services écosystémiques. Dans les agrosystèmes méditerranéens, les fossés agricoles et canaux d’irrigation fournissent des services « éco-hydrauliques » reposant sur des interactions entre végétation et processus de transport d’eau, de sédiments et de propagules végétales (graines). Les pratiques d’entretien visant à restaurer la capacité de transport hydraulique de ces infrastructures sont susceptibles de modifier l’expression de ces services. Cependant, les interactions entre pratiques, traits du couvert végétal et services écosystémiques rendus par ces infrastructures sont encore peu caractérisées. L’objectif du travail de thèse était de comprendre dans quelle mesure les pratiques d’entretien des canaux et fossés, en termes de typologie, mais également de temporalité et de localisation, modulent les services rendus par la végétation.La démarche s’appuie sur la construction d’un modèle représentant explicitement le réseau hydraulique, et dont le fonctionnement est simulé pour des événements de référence sur l’horizon temporel considéré. Le modèle repose sur des formalismes semi-empiriques permettant de prendre en compte l’effet des traits de végétation sur les processus de transport, et notamment leur effet dynamique sur la résistance hydraulique à l’écoulement. Il a été paramétré à partir d’expériences au champ réalisées sur deux terrains agricoles méditerranéens. Ces expériences ont visé à : (i) caractériser l’influence de différents facteurs géomorphologiques et des pratiques d’entretien sur la distribution spatiale des communautés végétales des fossés et de leurs traits (ii) identifier les facteurs impliqués dans le transport et le dépôt de propagules lors d’un événement hydraulique.Les travaux expérimentaux montrent que les pratiques d’entretien modulent à court-terme la dynamique du couvert végétal, mais que la distribution spatiale des espèces (et donc des traits du couvert végétal) répond dans une large mesure à des facteurs géomorphologiques. Les travaux expérimentaux ont également permis d’améliorer notre compréhension de certains processus-clefs des canaux et fossés, en particulier de la dispersion de propagules, et de développer une méthodologie de relocalisation des propagules dans les cours d’eau intermittents. Le modèle spatialisé, intégrant les principaux résultats expérimentaux à l’échelle du bassin versant, a permis une hiérarchisation de l’impact des pratiques vis-à-vis du bouquet de services rendu par la végétation des fossés agricoles. La fauche assure le meilleur compromis entre services à court et moyen-terme, bien qu’elle soit temporairement défavorable à la rétention de sédiments et de graines, ainsi qu’à la stabilisation des berges, au début de l’automne. La démarche semi-empirique développée amène à se réinterroger sur le niveau de description des processus et les indicateurs nécessaires à l’évaluation des services dans des écosystèmes aux interactions complexes.

Agroecological infrastructures are semi-natural landscape elements providing ecosystem services and disservices. In Mediterranean agrosystems, ditches and irrigation channels provide eco-hydraulic services relying on interactions between vegetation and water, sediments and plant propagules (seeds) transport. Management operations aiming at restoring the hydraulic capacity of these infrastructures are likely to modify the expression of these services. However, the interactions between practices, vegetation cover traits and ecosystem services provided by these infrastructures are still poorly characterized. The objective of this work was to understand in which extent ditch and channel management regimes, in terms of typology, but also in terms of temporality and location, influence eco-hydraulic services provided by vegetation.The approach relies on the development of a model proposing an explicit representation of the hydraulic network which functioning is simulated for reference events on the considered time horizon. The model is based on semi-empirical formalisms taking into account the effect of plant traits on transport processes, and especially their dynamical effect on hydraulic resistance. It was parameterized based on field experiments made in two Mediterranean agricultural study areas. These experiments aimed at : (i) characterizing the influence ofdifferent geomorphological factors and management regimes in the spatial distribution of ditch plant communities and their traits (ii) identifying the factors implied in the transport and deposition of propagules during an hydraulic event.The experimental results show that management regimes influence the dynamics of the vegetation cover at short-term, but that the spatial distribution of species (and therefore traits of the vegetation cover) is largely associated with geomorphological factors. They helped to improve our understanding of major key-processes of agricultural channel networks, especially propagules dispersal, and to propose a methodology for the relocation of the propagules in intermittent waterways. The spatialized model, integrating the main experimental results atthe catchment scale, enabled a ranking of the impact of practices regarding the bundle of services provided by agricultural ditches’ vegetation. Mowing provides the best trade-off between services in the short and medium term, although it is temporarily unfavourable for sediments and seeds retention, aswell as for bank stabilization, at the beginning of autumn. The developed semi-empirical approach gives the opportunity to question the level of description of processes and required indicators for services evaluation in complex ecosystems.