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Caractérisation des conditions thermiques des plans d'eau

Le changement climatique est à l’origine d’importantes modifications de fonctionnements des écosystèmes à l’échelle mondiale, notamment l’augmentation des températures. Facteur essentiel du mélange des plans d'eau, la température conditionne les équilibres chimique et biologique de ces milieux, et donc les cycles biologiques d’espèces thermosensibles, directement par les seuils physiologiques ou indirectement par leurs proies ou leurs prédateurs. 

L’OFB, organisme public, porte une attention particulière à l'impact de ce changement. Il est l’instigateur de la mise en place d’un réseau de surveillance à long terme et en continue de la température des plans d’eau. Ce réseau est piloté en partenariat avec Irstea au sein du Pôle Ecla, site d'Aix-en-Provence, afin de mutualiser les compétences des deux établissements ; et en partenariat avec d'autres organismes intéressés par l'acquisition de données thermiques en continue. Ce réseau apporte un outil de mesure tant au service des gestionnaires que des scientifiques.

Compte tenu de la grande diversité des contextes hydro-morpho-climatiques, cette surveillance concernera à termes un échantillon de plans d'eau représentatif de cette diversité nationale. En complément, des outils (modélisation) et données (images satellites) complémentaires sont développés pour à la fois extrapoler aux plans d'eau non suivis les connaissances issues du réseau de surveillance mais également pour extrapoler dans le passé les observations. Se sont ces mêmes outils de modélisation qui serviront à réaliser des projections des trajectoires thermiques et thermodynamiques futures sur les décennies à venir.

Objectifs du réseau

  • Affiner la connaissance des trajectoires thermiques et du fonctionnement thermodynamique des plans d’eau en fonction des contextes locaux (e.g., biodiversité, AEP…) ;
  • Reconstruire les évolutions thermiques et thermodynamiques passées (~60 ans) des écosystèmes lacustres grâce à des outils de modélisation ;
  • Construire des scénarios sur les évolutions futures de la température et du fonctionnement thermodynamiques des plans d'eau ;
  • Appuyer les stratégies d'adaptation des modes de gestion pour limiter les effets négatifs du changement climatique.

Création du réseau national de suivi thermique des écosystèmes lacustres

Les prototypes élaborés pour suivre la température des plans d'eau ont été testé, de 2013 à 2015. Une sélection de neuf sites pilotes, présentant une diversité de contraintes techniques (marnage, gel, vent, fréquentation touristique et de loisir) et des conditions climatiques, morphologiques et hydrologiques variées ont permis d’éprouver les solutions techniques et logistiques.

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A l’issue de ces étapes, le protocole de suivi de la température de l’eau en continu (Rebière, Danis, Dublon, Baudoin et Daufresne, 2014) et les dispositifs de mouillages ont été optimisés. Une sélection de sites prioritaires pour le lancement du réseau de suivi pérenne de la température des plans d’eau a été proposée en s’appuyant sur les résultats d’un questionnaire transmis aux principaux gestionnaires des plans d’eau ainsi que sur une modélisation thermique des plans d’eau (Prats et Danis, 2015). Aujourd’hui, avec la mise en place de l’AFB, la liste des sites prioritaires est en cours d’ajustement en fonction des enjeux biodiversité du territoire.

Un guide méthodologique a été élaboré à destination des personnes susceptibles d’installer des dispositifs de mouillage (Rebière, Peroux, Dublon, Danis, 2015). 

Protocole de mesures

  • Un mouillage supportant des enregistreurs autonomes, installé dans la zone la plus profonde et la plus éloignée des berges ; 
  • Espacement des enregistreurs : 0,5 m sous la surface, puis tous les mètres jusqu’à l’hypolimnion puis tous les 4 m jusqu’au fond du lac ;
  • Installation de sondes de températures sur les principaux tributaires du lac suivi ;
  • Pas de temps d’enregistrement des températures : une heure ;
  • Un mouillage supportant une sonde de pression pour les lacs soumis à marnage afin d’estimer les variations de hauteur d’eau (si les données ne peuvent être fournies par les éventuels gestionnaires) ;
  • Les données de températures (et de pressions) sont enregistrées dans les sondes. Elles sont déchargées une par une à l’aide d’une base optique sur le terrain. La durée maximale de stockage est de 5 ans.

 

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Remarque : ce protocole sera à adapter en particulier en fonction des enjeux biodiversité afin de prendre en compte l’écologie des espèces cibles.

Système de mouillage

  Une bouée de surface (ou de sub-surface dans le cas des lacs à fort attrait paysager) est reliée au corps mort à l’aide d’un câble de même longueur que la profondeur du lac et fixé par des serres câbles. Pour les lacs soumis à marnage, une chaine est ajoutée à l’extrémité du câble dont la longueur est égale au marnage maximum observé. Un second câble, attaché sous la bouée et lesté, sert de support aux enregistreurs de température. Les thermomètres sont maintenus sur le câble à l’aide d’anneaux de sécurité et de serre-câbles.
    Un panneau informatif est installé sur la bouée et/ou à proximité du lac.
    Dans le cas des lacs soumis à marnage un capteur de pression est installé sur un deuxième corps-mort indépendant du mouillage thermie. 

Sauvegarde et accès aux données

Le Pôle propose une base de données au format SANDRE et inter-opérable pour stocker les données issues des suivis en continues. Une interface web est en cours de développement pour faciliter l’accès à cette base de données par des outils de visualisation/contrôle des chroniques. 

Guide méthodologique

Rapports et publications

Données complémentaires

Données satellitaires (projet Telquel) (Contact : Thierry Tormos, OFB)

Le Pôle Ecla produit également des données issues d’images satellitaires de températures de surface (https://doi.org/10.5281/zenodo.1041746), de transparence et de production primaire permettant de compléter dans le temps et dans l’espace la connaissance des trajectoires de qualité d'eau dans les milieux aquatiques plans d’eau.

Outils de modélisation thermique et thermodynamique (Contact : Pierre-Alain Danis, OFB)

Enfin, des outils de modélisation développés ou améliorés par le Pôle permettent d’interpoler les mesures satellitaires et de prolonger dans le passé et le futur les trajectoires thermiques des milieux. Depuis début 2020, des interfaces web sont en cours de développement pour faciliter l’accès à ces outils et à leur résultats afin de permettre des comparaisons des trajectoires écologiques (suivi de population) avec des trajectoires thermiques.

Contacts pour de plus amples informations

Pierre-Alain Danis, coordinateur national, OFB, Chef de Projets en Limnologie

Tiphaine Péroux, référente technique protocole de mesure in situ, INRAE, technicienne de recherche

(Auteur : Pierre-Alain Danis - Dernière mise à jour : juillet 2020)