These-UMRSAS-2009-haie-diffusion

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• Langue: Français

Extrait

BOURSE DE THESE COFINANCEE INRA-ANR Systerra
FICHE DESCRIPTIVE DU PROJET

Unité : UMR SAS, INRA AGROCAMPUS Ouest, 65 rue de st brieuc, 35 042 Rennes cedex

Responsables Scientifiques : Philippe MEROT (DR INRA) et Zahra THOMAS (MCF Agrocampus
Ouest)

La thèse se déroulera à l’UMR SAS (http://www.rennes.inra.fr/umrsas) , au centre INRA de Rennes. Les
sites d’étude seront sur la Bretagne.
L’étudiant sera rattaché à l’ED Science de la matière.
Les conditions statutaires et financières sont celles en vigueur à l’INRA.
Personnes à contacter : Zahra THOMAS, [e-mail] ou Philippe Merot
[e-mail]
La thèse comportera un volet terrain et un volet modélisation hydrologique distribué. Sera cependant tout
particulièrement considéré l’intérêt et les capacités de l’étudiant(e) vis-à-vis de la modélisation.


Titre du Projet : Intégration des principales fonctions hydrologiques des haies dans un modèle
agro-hydrologique

1/ Introduction : Situation du projet et état de l’art synthétique

Ce projet de recherche s’intègre dans l’une des thématiques de l’UMR portant sur l’influence du milieu
physique sur les processus de transfert dans les bassins versants à nappe superficielle. Le travail de thèse
que nous proposons de développer participera à l’axe 1 (tâche 2) du projet Acassya (ANR SYSTERRA)
dont l’objectif est de mener des actions destinées à améliorer les connaissances sur certains aspects clés
du fonctionnement des agro-écosystèmes.

Nous nous intéressons en particulier au rôle des structures linéaires boisées du paysage sur les transferts
d’eau et de solutés. Les principaux processus étudiés sont (1) les transferts d’eau et solutés dans la zone
non saturée, (2) le devenir des solutés dans la rhizosphère et dans la nappe (3) la transpiration, (4) la
recharge de la nappe, (5) la distribution spatiale de la pluie, (6) la modification des propriétés physiques et
chimiques des sols au voisinage des haies. Les travaux en cours et à venir consistent à développer des
approches alliant à la fois l’expérimentation et la modélisation.
L’étude du rôle des structures linéaires boisées du paysage revêt des enjeux sociétaux et scientifiques
majeurs. En agroforesterie, de nombreux travaux ont montré la complémentarité écologique entre les
arbres et les cultures agricoles (Droppelmann et al., 2000 ; Palma et al., 2007). Dans le nord de l’Europe,
le bocage a longtemps joué un rôle paysager et écologique (Baudry et Jouin, 2003). Les travaux menés,
en France, sur l’interaction entre les arbres et la nappe superficielle montrent l’importance des haies sur
les processus hydrologiques (Merot, 1999 ; Caubel et al., 2003 ; Thomas et al., 2008 ; Ghazavi et al.,
2008 ; Ghazavi et al., 200# ) et géochimiques (Caubel-Forget et al., 2001, Grimaldi et al., 200#). Dans
d’autres régions du monde (Grande Bretagne, Espagne, Hollande, USA, Kenya), la mise en place de
cultures agro-forestières a permis de mettre en évidence le rôle bénéfique de l’arbre sur la production de
la biomasse, l’amélioration des propriétés physiques des sols et la diminution de l’érosion (Kiepe, 1995,
Palma et al., 2007, Herbst et al., 2007). En Australie, le mélange d’arbres et de cultures est souvent utilisé
pour lutter contre les problèmes de salinité via le rabattement artificiel de la nappe créé par les racines
profondes des arbres (Heupermann, 1999).
thèse-UMRSAS-2009-haie-diffusion.doc
La quantification du rôle des haies sur les transferts d’eau et de solutés constitue un enjeu majeur pour
l’aménagement de l’espace. D’une part, la détermination des fonctions hydrologiques et géochimiques
associées aux structures boisées permettrait une meilleure paramétrisation des modèles agro-
hydrologiques dans le but de tester des scénarios d’aménagement. D’autre part, la restauration du milieu,
notamment le reboisement (haies, ripisylves et arbres isolés, agro-foresterie) devrait tenir compte du rôle
de l’arbre en s’appuyant sur les fonctions spécifiques selon sa localisation dans le paysage.

A l’échelle locale (arbre-sol-nappe), le rôle de la haie sur les transferts d’eau a surtout été étudié dans des
situations de bas de versant où la nappe est proche de la rhizophère pendant la plus grande partie de
l’année. On observe alors une forte transpiration des arbres au printemps et en été, entraînant un
dessèchement particulièrement important du sol sous la haie, à l’origine de la rupture des transferts
latéraux dans la nappe, de la diminution du drainage vertical et de l’augmentation des remontées
capillaires. Ces processus s’ajoutent à l’augmentation de l’interception de la pluie (Ghazavi et al., 2008 ;
Herbst et al., 2006) pour modifier le bilan de l’eau et constituent des fonctions intéressantes à déterminer
pour d’autres typologies de haies.

2/ Objectifs scientifiques

L’objectif scientifique général auquel va concourir cette thèse est d’intégrer dans les modèles agro-
hydrologiques distribués, les fonctions hydrologiques spécifiques des réseaux de haies boisées en paysage
agricole. Il s’agira in fine d’affecter aux différentes haies sur un bassin versant des fonctions spécifiées
selon les localisations et les caractéristiques intrinsèques des haies considérées. Ces fonctions pourront
être ainsi modélisées.

Jusqu’ici, c’est la haie de bas de versant qui a été essentiellement étudiée avec un certain nombre
d’avancées basées sur des observations, des mesures et de la modélisation à l’échelle locale (échelle de la
haie). Dans ce projet, trois situations, très fréquemment rencontrées sur les versants des régions
bocagères, seront explorées. Il s’agit du haut de versant, du bas de versant et de la bordure immédiate du
cours d’eau. Ces trois situations constituent une séquence de base pour définir une typologie vis-à-vis du
fonctionnement hydrologique des haies. Le travail à l’échelle du versant permettra une première
agrégation des processus locaux afin d’envisager le passage à l’échelle supérieure (bassin versant). Le
travail sera mené sur les 3 types de haies pour permettre la typologie, mais l’accent notamment en terme
de mesure, sera mis sur la haie de haut de versant, la moins connue. L’acquisition de données à haute
fréquence spatiale et temporelle permettra de mieux comprendre les relations entre les variations des
processus hydrologiques et les variables climatiques. Les variations temporelles seront étudiées en allant
de l’échelle de l’averse à l’échelle annuelle.

L’hypothèse que l’on fait est que le fonctionnement évaporatoire de la haie du haut de versant dépend des
réserves hydriques du sol, contrairement à l’évaporation d’une haie située en bas de versant ou encore
plus nettement à proximité immédiate du cours d’eau, qui du fait de sa proximité avec la nappe d’eau,
répond directement à la demande évaporatoire. On peut supposer que le bulbe sec développé à la base de
la haie de versant sera plus prononcé, plus étendu -notamment verticalement, plus symétrique, mais
correspondra à un bilan évaporatoire moins important que pour la haie de bas de versant et ne devrait pas
influencer la dynamique de la nappe profonde.

En parallèle, l’influence des structures linéaires boisées sur les solutés (nitrate, chlorure) sera étudiée en
profitant du dispositif expérimental mis en place et en s’appuyant sur la connaissance des transferts
hydriques. Cependant, pour des raisons de cohérence et de réalisme, cette partie du travail ne sera pas
réalisée dans la thèse mais avec d’autres moyens humains (en particulier stage master2 prévu en année 2
du projet Acassya).

3/ Programme de recherches

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Dans le cadre de la thèse, le doctorant se consacrera à l’étude (suivi et modélisation) de la dynamique de
l’eau à l’échelle du versant intégrant différents types de haies.

Le programme de recherche du doctorant couvrira trois volets.

1- Pour la partie expérimentale, la méthodologie sera directement dérivée de la méthodologie développée
dans la thèse de Ghazavi (2008). La mise en place d’un site expérimental sera réalisée début 2009 dans le
cadre du projet Acassya