Estimation des pertes par évaporation des plans d'eau par croisement de données et modélisation

Quantification of water bodies evaporation losses crossing data and modelisation

• Auteur / Autrice : Gaspard Demorcy
• Direction : Florence Habets
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'environnement
• Date : Inscription en doctorat le 01/09/2023
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École normale supérieure (Paris ; 1985-....). Laboratoire de géologie
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Surface & Réservoir
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)

Mots clés

Mots clés libres

Evaporation

Bilan hydrique

Bacs à évaporation flottant

Mesure in situ

Plans d'eau

Evaporation

Water balance

Floating evaporation pan

In situ monitoring

Water bodies

Résumé

Les sécheresses récurrentes et le risque de leur intensification avec le changement climatique poussent de multiples acteurs des territoires à construire de nouveaux réservoirs d'eau pour s'adapter. Cependant, ces plans d'eau peuvent avoir des impacts négatifs sur les milieux en termes de quantité et de qualité de l'eau 1,2. Parmi ces impacts, les pertes par évaporation peuvent nuire à la fonction même de ces plans d'eau. Ainsi, aux Etats Unis, les pertes par évaporation des plans d'eau sont estimées correspondre à un volume équivalent à la consommation en eau potable du pays 3. Les facteurs contrôlant les pertes par évaporation sont liées à la température de l'eau, elle-même dépendante de la forme de la retenue, notamment, de sa profondeur, des modes des remplissages et de vidanges du plan d'eau. Les conditions météorologiques impactent également l'évaporation, notamment, l'humidité de l'air, ainsi que l'exposition au vent et l'ensoleillement, qui peuvent tous deux être affectés par l'aménagement des berges. Des estimations des pertes par évaporation ont été réalisées dans différentes régions, avec différentes méthodes : tours à flux, bac à évaporation flottant, isotopie, modélisation 4–6. Ces observations permettent d'avoir des ordres de grandeurs, mais restent difficilement généralisable à d'autres contextes climatiques et d'autres tailles de retenues. Ainsi, dans le cadre de cette thèse, nous proposons de nous appuyer sur un ensemble de lacs expérimentaux de la plateforme Planaqua de l'écotron CEREEP IIe de France allant jusqu'à 750 m3 pour évaluer les pertes par évaporation avec deux méthodes : une méthode de bilan hydrique et une méthode avec un bac évaporatoire flottant. En parallèle, ces deux approches seront testées sur des grands lacs (plusieurs millions de m3) situés dans des conditions climatiques proches. La dimension de ces lacs permettra de tester le potentiel de données satellitaires (Insar, Swot, Grace) et GPS pour approximer les flux ou aider à contraindre les mesures in-situ. En cas de succès, ces méthodes pourront être appliquées sur d'autres plans d'eau pour lesquelles des données parcellaires sont disponibles, comme par exemple, les réservoirs de substitution du marais Poitevin. In fine, des conditions climatiques correspondant aux décennies à venir pourront être testées au sein des chambres climatiques (ecolab) de l'écotron CEREEP Ile de France. L'objectif de ce travail est, en plus d'une détermination des pertes actuelles, d'envisager les configurations des futurs plans d'eau les plus favorables à une réduction de ces pertes. Ainsi, alors qu'on peut estimer qu'un lac profond perd moins d'eau, car la surface est réduite par rapport à son volume, il est possible que du fait de la stratification, sa température de surface soit plus chaude, et donc, les pertes plus importantes. L'ensemble des données pourraient faire l'objet de modélisation avec l'outil Flake4 de Météo-France. Ces travaux seront menés en lien avec l'Inrae de Lyon, MétéoFrance, Seine Grands Lacs, Vendée eau, et le SMVSA (Syndicat Mixte Vendée Sèvre Autize).

Recurrent droughts and the risk of their intensification with climate change are pushing multiple actors in the territories to build new water reservoirs to adapt. However, these water bodies can have negative impacts on the environment in terms of water quantity and quality 1,2. Among these impacts, evaporative losses can affect the very function of these water bodies. Thus, in the United States, evaporation losses from water bodies are estimated to correspond to a volume equivalent to the consumption of drinking water in the country 3. The factors controlling evaporation losses are related to the water temperature, itself dependent on the form of the reservoir, in particular, its depth, the modes of filling and emptying the water body. Weather conditions also affect evaporation, including humidity, wind exposure and sunlight, both of which can be affected by shoreline development. Evaporative losses were estimated in different regions using different methods: flow towers, floating evaporation tank, isotopy, 4–6 modelling. These observations make it possible to have orders of magnitude, but remain difficult to generalize to other climatic contexts and other sizes of reservoirs. Thus, in the framework of this thesis, we propose to rely on a set of experimental lakes of the Planaqua platform of the French ecotron CEREEP IIe up to 750 m3 to evaluate evaporative losses with two methods: a water balance method and a floating evaporative pan method. If successful, these methods can be applied to other water bodies for which parcel data are available, such as the replacement reservoirs of the Poitevin marsh. Ultimately, climatic conditions corresponding to the coming decades can be tested in the climate chambers (ecolab) of the CEREEP Ile de France ecotron. The objective of this work is, in addition to a determination of current losses, to consider the configurations of future water bodies most favorable to a reduction of these losses. Thus, while it can be estimated that a deep lake loses less water, because the surface is reduced in relation to its volume, it is possible that because of stratification, its surface temperature is warmer, and therefore, the losses are greater. All the data could be modelled using Météo-France's Flake4 tool. This work will be conducted in conjunction with Inrae de Lyon, MétéoFrance, Seine Grands Lacs, Vendée eau, et le SMVSA (Syndicat Mixte Vendée Sèvre Autize).