Organisation spatiale des paysages bocagers et flux d'eau et de nutriments. Approche empirique et modélisations
Résumé
Pollution of surface water by nutrients, sediments and pesticides is a prominent issue in agricultural catchments over the world. In Brittany, the increase of intensive farming involves the use of agricultural inputs and the suppression of many hedges and wetlands between cultivated fields and stream water. This evolution is often pinned out for the responsibility of water quality degradation.
The studies conducted since the seventies show that the hydrological and hydrochemical impacts of hedges may be strong at the local scale. The first objective of this work was to study the role of hedgerows at the catchment scale. The second objective was to link the knowledge about hedge buffer functions with the knowledge about the organization and the evolution of rural landscapes resulting from agricultural activities. Three items were developed : a conceptual item to define the buffer function of landscapes, an empirical item to compare the buffer effect at the outlet of five catchments and a modelling item. Two modelling approaches were developed in the last item. First, the influence of hedges on the hydrology of a small catchment was assessed by integrating the results on the influence of hedge evapotranspiration on soil water dynamics existing at the local scale in an distributed hydrological model. Second, we
modelled landscape organization and evolution on the basis of rules of farm functioning (land-use allocation) and of farm evolution (increase of farm size and change in farming system) : the outputs of the landscape model were analyzed with two models describing the functional organization of hedgerow networks, the one for surface fluxes and the other one for subsurface fluxes.
A review has led to a typology of buffer effects of landscape structures, based on time consideration, and to the definition of the buffer effects of landscapes, integrating the effect of landscapes structures and of the physical and geomorphological characteristics of the catchments. In the framework of the empirical item, we measured a gradient of landscape buffer effect similar to the gradient of hedge density between the catchments : this stressed the co-variation of physical and geomorphological characteristics of the catchments, the types of farming systems, the type of fields and the type of hedgerow systems. Hydrological modelling showed the specific hydrological impact of hedges at the annual time scale : it is stronger during the dry years. The landscape modelling showed that a given evolution of farms has variable consequences on the buffer effect at the catchment scale.
The buffer effect on subsurface fluxes is more constant and resilient than the buffer effect on surface
fluxes, which highly depends on hedgerow network continuity.
The studies conducted since the seventies show that the hydrological and hydrochemical impacts of hedges may be strong at the local scale. The first objective of this work was to study the role of hedgerows at the catchment scale. The second objective was to link the knowledge about hedge buffer functions with the knowledge about the organization and the evolution of rural landscapes resulting from agricultural activities. Three items were developed : a conceptual item to define the buffer function of landscapes, an empirical item to compare the buffer effect at the outlet of five catchments and a modelling item. Two modelling approaches were developed in the last item. First, the influence of hedges on the hydrology of a small catchment was assessed by integrating the results on the influence of hedge evapotranspiration on soil water dynamics existing at the local scale in an distributed hydrological model. Second, we
modelled landscape organization and evolution on the basis of rules of farm functioning (land-use allocation) and of farm evolution (increase of farm size and change in farming system) : the outputs of the landscape model were analyzed with two models describing the functional organization of hedgerow networks, the one for surface fluxes and the other one for subsurface fluxes.
A review has led to a typology of buffer effects of landscape structures, based on time consideration, and to the definition of the buffer effects of landscapes, integrating the effect of landscapes structures and of the physical and geomorphological characteristics of the catchments. In the framework of the empirical item, we measured a gradient of landscape buffer effect similar to the gradient of hedge density between the catchments : this stressed the co-variation of physical and geomorphological characteristics of the catchments, the types of farming systems, the type of fields and the type of hedgerow systems. Hydrological modelling showed the specific hydrological impact of hedges at the annual time scale : it is stronger during the dry years. The landscape modelling showed that a given evolution of farms has variable consequences on the buffer effect at the catchment scale.
The buffer effect on subsurface fluxes is more constant and resilient than the buffer effect on surface
fluxes, which highly depends on hedgerow network continuity.
La pollution des eaux par les nutriments, pesticides et sédiments est un problème majeur dans les bassins versants agricoles. En Bretagne, l'intensification de l'agriculture, avec à la fois l'augmentation de la consommation d'intrants et la disparition des haies et des zones humides entre les parcelles et les cours d'eau, est considérée comme la principale cause de la dégradation de la qualité des eaux. Les travaux menés depuis les années 1970 sur le bocage montrent que localement, le rôle hydrologique et hydrochimique des haies est important.
Le premier objectif de cette thèse est d'aborder l'impact du bocage sur les flux d'eau et de nutriments à l'échelle du bassin versant, compatible avec la gestion de la ressource en eau. Le second objectif est d'articuler les connaissances sur les fonctions tampons des haies avec les connaissances sur l'organisation et l'évolution des paysages sous l'effet de dynamiques agricoles. Trois axes ont été développés : un axe conceptuel pour définir le rôle tampon des paysages, un axe empirique de comparaison du rôle tampon à l'exutoire de cinq bassins versants et un axe de modélisation. Ce
dernier comprend d'une part l'intégration des résultats locaux sur le fonctionnement hydrique des haies (évapotranspiration) dans un modèle hydrologique spatialisé et d'autre part une démarche de modélisation de paysages à partir de règles de fonctionnement (allocation des usages) et d'évolution des exploitations agricoles (agrandissement, changement de système de production), couplée à deux modèles de description de l'organisation fonctionnelle des réseaux de haies, l'un pour les transferts de surface, l'autre pour les transferts de subsurface.
Une analyse bibliographique critique du concept de rôle tampon et de sa mesure à des échelles spatiales larges a été réalisée. Elle a débouché sur une typologie des effets tampons des structures paysagères, basée sur la prise en compte du temps, et sur la définition d'un effet tampon des paysages intégrant l'effet des structures paysagères et du milieu physique. L'étude empirique montre un gradient de rôle tampon qui va dans le sens du gradient de densité de bocage entre les bassins. Elle fait ressortir la co-variation des types de géomorphologie, des types de système de production, des types de parcellaire, et des types de bocages, dans les paysages. La modélisation hydrologique montre spécifiquement le rôle hydrologique des haies à l'échelle annuelle, plus marqué les années sèches.
Dans la modélisation de paysages, le rôle de l'exploitation agricole dans l'organisation spatiale des usages et de leur évolution est pris en compte explicitement. Elle montre qu'une même évolution des exploitations se traduit par une évolution variable de l'effet tampon à l'échelle des bassins versants.
Le rôle tampon sur les transferts de subsurface apparaît plus stable et plus résilient que le rôle tampon sur les transferts de surface, très dépendant de la continuité du réseau de haies..
Le premier objectif de cette thèse est d'aborder l'impact du bocage sur les flux d'eau et de nutriments à l'échelle du bassin versant, compatible avec la gestion de la ressource en eau. Le second objectif est d'articuler les connaissances sur les fonctions tampons des haies avec les connaissances sur l'organisation et l'évolution des paysages sous l'effet de dynamiques agricoles. Trois axes ont été développés : un axe conceptuel pour définir le rôle tampon des paysages, un axe empirique de comparaison du rôle tampon à l'exutoire de cinq bassins versants et un axe de modélisation. Ce
dernier comprend d'une part l'intégration des résultats locaux sur le fonctionnement hydrique des haies (évapotranspiration) dans un modèle hydrologique spatialisé et d'autre part une démarche de modélisation de paysages à partir de règles de fonctionnement (allocation des usages) et d'évolution des exploitations agricoles (agrandissement, changement de système de production), couplée à deux modèles de description de l'organisation fonctionnelle des réseaux de haies, l'un pour les transferts de surface, l'autre pour les transferts de subsurface.
Une analyse bibliographique critique du concept de rôle tampon et de sa mesure à des échelles spatiales larges a été réalisée. Elle a débouché sur une typologie des effets tampons des structures paysagères, basée sur la prise en compte du temps, et sur la définition d'un effet tampon des paysages intégrant l'effet des structures paysagères et du milieu physique. L'étude empirique montre un gradient de rôle tampon qui va dans le sens du gradient de densité de bocage entre les bassins. Elle fait ressortir la co-variation des types de géomorphologie, des types de système de production, des types de parcellaire, et des types de bocages, dans les paysages. La modélisation hydrologique montre spécifiquement le rôle hydrologique des haies à l'échelle annuelle, plus marqué les années sèches.
Dans la modélisation de paysages, le rôle de l'exploitation agricole dans l'organisation spatiale des usages et de leur évolution est pris en compte explicitement. Elle montre qu'une même évolution des exploitations se traduit par une évolution variable de l'effet tampon à l'échelle des bassins versants.
Le rôle tampon sur les transferts de subsurface apparaît plus stable et plus résilient que le rôle tampon sur les transferts de surface, très dépendant de la continuité du réseau de haies..