Phase actuelle du PIREN

 
 
 

Phase 6 (2011-2014)

Pour sa 6ième phase, le programme PIREN-Seine propose de structurer ses travaux autour de 5 axes de recherche principaux. Ils ont eté dessinés pour répondre à la majorité des questionnements de nos partenaires, et sont bien entendu en forte cohérence avec les grands enjeux actuels identifiés pour le bassin de la Seine par ses principaux acteurs. Nous les avons traduits en objectifs pour nos recherches qu'on peut résumer ainsi :

  • proposer pour le bassin de la Seine des scénarios pour l'agriculture qui soient compatibles avec les exigences de qualité de l'eau ;
  • identifier le rôle des zones humides, en passant d'études localisées à une vision fonctionnelle d'ensemble à l'échelle du bassin de la Seine, y compris pour la zone humide emblématique qu'est la Bassée ;
  • affiner notre compréhension de la qualité de l'eau dans les axes fluviaux, dans le contexte d'une amélioration très significative et face aux enjeux plus stricts du bon état ;
  • comprendre les relations entre les pressions chimiques et l'état écologique dans un bassin où la pression des activités humaine est très forte ; et évaluer les relations pression/état dans le temps ;
  • comprendre la pression chimique et sa dynamique sur de longues échelles de temps en différenciant les différents facteurs, humains et liés aux milieux physiques qui constituent le bassin.

En support à ces actions structurantes, et aussi en raison de leur pertinence propre, plusieurs thèmes transversaux (figurés par les marches d'escalier sur la figure ci-dessous) sont développés. Ils sont à la fois porteurs de développements scientifiques et techniques spécifiques et supports pour le développement des axes de recherche précités :

La modélisation qui reste un outil majeur du programme, est portée par un thème de recherche dédié, notamment pour coordonner les développements communs.

Un effort particulier sera consacré au développement de bases de données qui soient structurées d'une manière plus homogène pour l'ensemble du programme, y compris pour des données cartographiques. Elles permettront le stockage et la restitution des nombreuses nouvelles données à acquérir, ainsi que des résultats des modélisations, et faciliteront le partage d'informations en interne comme en externe.

La cartographie historique qui est à la fois un thème de recherche, quant à la compréhension du contexte et de la signification des cartes, et un outil que nous utiliserons beaucoup au cours de cette phase.

Enfin, le thème transversal changement d'échelle doit faire l'objet d'une mention particulière puisqu'une partie des travaux que nous y développerons n'ont pas de fonction support pour les axes de recherche. Le thème changement d'échelle concerne à la fois la physique et la modélisation et les habitants du bassin.

 

1. "Quelle agriculture pour demain ? "

Equipes: INRA SAD-ASTER / METIS / INRA AgroImpact / Centre de Géosciences / GéHCO / Irstea HBAN / INRA Agroclim / Géographie-Cités / OSUR / CIRED / INRA ECO-PUB / INRA EGC / CERFACS / INRA SAS / BRGM.

L’agriculture est aujourd’hui une des principales causes de l’altération de la qualité des eaux souterraines et de surface. Les chercheurs du PIREN-Seine souhaitent mettre à jour les mécanismes de cette altération en décrivant les pratiques culturales en usage dans le bassin de la Seine, en évaluant leurs performances agronomiques et environnementales, en analysant les cascades de transferts de polluants (azote, phosphore, pesticides,…) auxquelles elles donnent lieu.

Mais le système agricole du bassin de la Seine est aussi conditionné par  les filières aval de transformation, de commercialisation et de consommation qu’elles alimentent, et par les politiques publiques qui tentent de réguler l’ensemble du système, notamment à travers taxes et aides. Les recherches couvrent donc aussi ces aspects.

L’objectif général est de se doter des outils permettant de comprendre dans son ensemble le fonctionnement actuel de ce système complexe et d’appréhender les changements en cours, afin d’anticiper leurs conséquences environnementales pour les prochaines décennies.

Il s’agit aussi d’instruire des scénarios contrastés de l’évolution du système et d’en évaluer les conséquences.

 

2. "Interface nappe-rivière"

Equipes : Centre de Géosciences / METIS / Irstea HBAN / IDES

L’objectif principal des travaux de l’axe interface nappe rivière est de quantifier les flux d’eau échangés entre le réseau hydrographique et les nappes souterraines a différentes échelles, depuis la section de rivière (métrique) jusqu’à l’ensemble du réseau du bassin Seine Normandie (> 10 000km). Afin de bien contraindre les écoulements dans l’interface à l’échelle régionale, principalement constituée d’une plaine alluviale dans laquelle se développent des zones humides, l’accent a aussi été mis sur la reconstitution de l’architecture de ces objets à des échelles de temps géologiques. Dans un second temps, l’axe s’intéressera à l’effet de l’hydrodynamique sur les processus biogéochimiques de l’interface nappe-rivière où de très forts gradients géochimiques sont observés. Pour mener à bien ses travaux, l’axe développe :

  1. des outils méthodologiques pour améliorer la dialectique mesures-modèles et mieux gérer le changement d’échelle
  2. des outils de mesure hydro-géophysique en continu des flux d’eau à l’interface (station MOLONARI)
  3. des simulations numériques emboîtées basées sur les équations de la physique qui permettent de quantifier les échanges à l’échelle des unités de gestion des Masses d’eau souterraine et de surface.

 

3. "Biogéochimie de l'axe fluvial"

Equipes: LGE / METIS / SIAAP / Centre de Géosciences / LEESU / EPOC / Veolia / IPSO FACTO

Les travaux menés dans cet axe, portent sur l'étude de l'Axe Fluvial de la Seine, depuis sa confluence avec la Marne jusqu'au barrage de Poses. Cette partie aval constitue un réacteur biogéochimique extrêmement  dynamique. La principale perturbation à laquelle est soumise cet écosystème est l'activité domestique des 11 millions d'habitants de l'agglomération Parisienne. Une nouvelle approche, basée sur la combinaison de la mesure in situ des processus de transformation des nutriments (C,N,P) et de la matière organique, avec la modélisation mathématique de la Seine sur l'ensemble de cet axe est en cours de développement. L'objectif final est de caractériser finement l'extension spatiale et la durée de ces processus, selon des échelles de temps infra horaire à annuelle, afin de pouvoir les inclure dans la quantification globale du devenir de la pression anthropique.

 

4. "Ecologie et écotoxicologie"

Equipes: ESA / LPTC / M2C / SEBIO / Irstea HBAN / Irstea MAEP / LSPE

Au cours de la phase 6 du PIREN-Seine, nous étudions comment les observations faites sur la biocénose peuvent nous renseigner sur les impacts des différentes pressions, y compris la pression chimiques (domaine de l'écotoxicologie), mais aussi comment la multiplicité de ces pressions, caractéristique d'un bassin versant très anthropisé comme l'est celui de la Seine, impactent le vivant.

Cet axe s'articule autour de 3 "blocs"

  • le premier porte sur l'évolution des communautés vivantes au cours des modifications du cours d'eau : il permettra de donner des informations sur l’impact de la restauration à venir et sur l’analyse rétrospective des modifications passées.
  • le second se focalise plus particulièrement sur l'évaluation de la pression chimique et son impact sur les organismes du milieu.
  • Enfin un bloc transversal à pour objectif d'observer les réponses mesurables à différentes échelles  sur un panel de sites aux pressions contrastées.

Pour ces trois blocs, le travail s’organise autour d’études en conditions contrôlées, afin de caractériser les réponses, et de terrain dans le bassin de la Seine.

 

5. "Contaminations vues à grande échelle de temps"

Equipes: LEESU / LSCE / METIS / EPOC / IRSTEA / IDES / IMPMC / LGE / IPGP / Centre de Géosciences

Les actions PIREN menées dans le cadre de la phase V ont montré que si les contaminations en aval de l’agglomération parisienne ont globalement diminué de façon significative, celles dans les zones amont, en grande majorité rurales, n’ont pas diminué de façon aussi significative pour tous les polluants. Pour certains composés, on observe des concentrations amont proches de celles observées dans les zones aval. Ce constat soulève deux interrogations. La première est relative à l’origine de ces molécules très en amont du bassin de la Seine et de leur rémanence. La seconde question se réfère aux stocks de polluants qui se sont accumulés au sein des différents compartiments (sols, nappes, sédiments) et à la dynamique temporelle de ces stocks (transferts atmosphériques, transports particulaires et dissous). Pour répondre à ces nouvelles interrogations, l’objectif général du thème « Contaminations vues à grandes échelles de temps » de la phase VI du PIREN-Seine est d’étudier la dynamique actuelle de circulation des contaminants dans le continuum atmosphère-sol-rivière, pour mieux en appréhender les mécanismes de stockage, et ce à différentes échelles spatiales, en s’appuyant notamment sur des emboîtements de sous-bassins. L’ensemble du projet s’articule autour de quatre blocs, liés entre eux par les processus de transfert dans le continuum atmosphère-sol-rivière et par la rémanence des molécules dans ces compartiments :

  • Circulation et transfert des polluants à l’échelle de petits bassins versants
  • Emissions atmosphériques à grande échelle, dépôts et contamination des sols
  • Dynamique des polluants associés aux sédiments du lit mineur
  • Contamination à long terme du lit majeur
 
6. "Modélisation"

Équipes: UMR 7619 METIS / Cerfacs / CNRM-GAME Météo-France /  INRA Ecopub / INRA AgroImpact / INRA Agroclim/ Centre de Géosciences

Le Piren-Seine s'intéressant à différents aspects autour de la ressource en eau, il mobilise plusieurs types de modèles qui s'adressent essentiellement aux eaux bleues (rivière, aquifère) et vertes (agricoles), voire grises (eaux polluées). L'objectif du thème modèle est d'une part d'aider aux développements de ces modèles, et d'autre part, de favoriser les interactions entre ces modèles. Ainsi, les travaux sont menés en collaboration entre plusieurs équipes de divers organismes, sur les modèles i) biogéochimique et hydraulique ProSe (limité aux principaux tronçons des rivières), ii) biogéochimique et hydrologique Sénèque/RiverStrahler (étendu sur l'ensemble du bassin), iii) hydrogéologique Modcou, iv) agronomique Stics et v) le modèle d'offre agronomique Aropa-j.

Ces interactions peuvent se limiter parfois à des échanges de flux ou de conditions aux limites, mais, un effort important est mené pour coupler numériquement ces modèles afin d'améliorer la cohérence physique et numérique, et ainsi permettre d'aller vers la modélisation intégrée des hydrosystèmes, via notamment le développement du modèle Eau-dyssée.

Les applications de ces modèles sont multiples, et détaillées dans les axes thématiques du Piren-Seine.

 

7. «  Changements d’échelle physique et sociale »

Équipes : UR HBAN / Prodig / Ladyss / METIS/ LEESU / Centre de Géosciences

La Directive Cadre sur l’Eau (DCE 2000/60/CE du 23 octobre 2000) exige la reconquête du bon état écologique des masses d'eau qui, en France, s'appuie sur un ensemble de structures et d'actions à différentes échelles, des cours d'eau aux bassins versants. Si historiquement, les Zones Ateliers ont instauré un dialogue fort avec les Comités de Bassin, aujourd’hui la mise en place des SAGE, d’une dimension beaucoup plus locale, implique une compréhension plus fine des processus. On s'aperçoit dès lors, que la reconquête écologique demande une maîtrise multi-échelles des milieux aquatiques.

C'est pourquoi, un groupe interdisciplinaire de chercheurs du PIREN Seine, à travers l'axe transversal "Changements d'échelle physique et sociale", travaille à la mise en place de méthodologies qui permettront de faire dialoguer des modèles de fonctionnement des milieux, mais aussi des gouvernances, appliqués à des échelles de temps et d’espace différentes. Cette action concerne les processus physiques (modélisation hydro-biogéochimique et écologique) et sociaux (gestion politique et administrative du territoire). Enfin, cette analyse interdisciplinaire de la relation homme-territoire permettra de mettre en relation des échelles communes de fonctionnement et de gestion d’hydro-systèmes.

 

8. « Cartographie historique »

Équipes : LAMOP / METIS / HT2S

Le but de cet axe transversal est de constituer une base de données spatialisée des données historiques concernant les rivières et les fonds de vallées du bassin de la Seine, pouvant conduire à des analyses fines de l’impact de l’anthropisation des cours d’eau sur leur état écologique. Plusieurs actions sont menées en parallèle :

-          La numérisation de cartes historiques et leur géoréférencement, qui a conduit à une collaboration avec les Archives Nationales pour la mise en valeur des cartes des rivières du bassin de la Seine issues de leur service des cartes et plans.

-          L’analyse spatiale de l’occupation des sols de certaines cartes géoréférencées, notamment celles de l’Atlas de Trudaine de la fin du XVIIIe siècle concernant la vallée du Grand Morin.

-          La comparaison de cartes d’un même territoire s’échelonnant entre la fin du XVIIIe siècle et nos jours, afin d’établir des évolutions concernant les rivières : morphologiques (iles de la Seine) ou anthropiques (évolution des zones industrielles en bord de Seine).

-          La mise en cartes de données historiques en lien avec l’état des rivières (comme la présence d’espèces piscicoles selon des documents des XIXe et XXe siècles).

Cet axe donne actuellement lieu à une réflexion sur la mutualisation possible de ces approches au sein du réseau Inter-ZA du CNRS.