Transfert RiverLy

L'UR RiverLy allie des compétences en hydrologie, hydraulique, chimie environnementale, écologie, écotoxicologie, et microbiologie pour développer des approches couvrant l’ensemble des niveaux d’organisation du vivant aux différentes échelles structurant les hydrosystèmes pour appréhender la qualité, le fonctionnement et les dynamiques des hydrosystèmes. Ses recherches interdisciplinaires visent à mieux prendre en compte les risques naturels et anthropiques pour une meilleure gestion et restauration des cours d'eau.

Une des originalités de RiverLy réside dans la production d'outils, méthodes, modèles et références à destination de la sphère opérationnelle, notamment en appui aux politiques publiques.Cette page interactive présente les principaux outils développés

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Hydrométrie

Bareme permet de construire une courbe de tarage, et d'estimer les incertitudes associées, en s'appuyant sur le système de dépouillement de jaugeages ponctuels Q+. La méthode BaRatin permet la construction des courbes de tarage hauteur-débit avec estimation de l’incertitude, en combinant la connaissance a priori sur les contrôles hydrauliques et le contenu d’information des jaugeages incertains. L’équation de la courbe de tarage est dérivée de la combinaison de fonctions puissance pour chacun des contrôles supposés sur le site. La LSPIV (Large Scale PIV) est une technique de mesure non-intrusive (sans contact avec l’écoulement) fournissant des champs de vitesse bidimensionnels instantanés et moyens sur une surface supposée plane, ainsi que des estimations de débit. Elle est particulièrement avantageuse dans le cas d’écoulements dangereux (par exemple : crues rapides). Fudaa-LSPIV est un logiciel libre permettant d'utiliser cette technique. Flowpic, une version pour portable, est en cours de développement. Solution NaCl est un logiciel qui permet de calculer le débit instantané d’un cours d’eau lors de la mise en œuvre d’un jaugeage par dilution au sel selon la méthode dite « globale » ou « instantanée ».

Plusieurs méthodes ont été développées pour évaluer les débits en rivière, construire des courbes de jaugeage, estimer les incertitudes associées : Q+, Bareme, BARATIN, Fudaa-LSPIV, FLOWPIC.Elles sont largement utilisées en hydrométrie opérationnelle

Hydromorphologie

APRIM vise à l’identification automatique des macroformes alluviales pour l’étude de la morphologie et la morphodynamique des rivières, à partir de données issues de télédétection (MNT-Lidar, orthoimages). DEFI permet d'estimer des surfaces de sédiments fins (argiles, limons, sables) sur un banc de sédiments plus grossiers (de type galets) par analyse d’images pour le suivi temporel des dépôts

Les méthodes APRIM et DEFI permettent de caractériser l'évolution des lits des cours d'eau (bancs de galets, dépôts d'éléments fins) à l'échelle du tronçon de rivière

Bases de données d'observations en cours d'eau

BDOH, Base de Données pour les Observatoires en Hydrologie, permet la mise à disposition des données acquises sur les sites expérimentaux suivis par INRAE : précipitations, débits, piézométrie, concentrations en contaminants, en sédiments...

Surveillance des rejets

La surveillance de la charge en micropolluants des rejets urbains vers le milieu aquatique peut être assurée via le suivi comportemental par vidéotracking d’espèces aquatiques, méthode basée sur la détection du changement de locomotion d'invertébrés exposés en continu aux rejets (système d’alerte).

TOXMATE - Suivi du comportement d'invertébrés aquatiques pour l'évaluation en temps réel et en ligne de la qualité des rejets urbains

Diagnostic de la pression chimique

Plusieurs méthodes complémentaires permettent d'établir un diagnostic de la pression chimique s'exerçant sur le milieu aquatique : échantillonnage passif (eau et particules) et analyses chimiques, approche PICT (communautés microbiennes), biomonitoring (gammares).

Evaluation des risques de ruissellement intense

IRIP, pour Indicateurs du Ruissellement Intense Pluvial est un modèle de diagnostic des zones à fort potentiel de ruissellement et des aléas associés (érosion, transfert, et dépôt). 3 cartes sont produites lors de sa mise en oeuvre : zones de production, zones de transfert-érosion, zones d'accumulation. Elles permettent de cibler les lieux et types de prévention pour limiter les dégâts liés aux événements de ruissellement intense. L'outil est pour l'instant orienté pour les zones rurales et périurbaines.Son échelle d'application va de quelques km² à 10 000 km². La méthode est validée et considérée opérationnelle, elle a été développée dans le cadre d'un travail de doctorat. Elle est disponible sous la forme d'un plugin pour GGIS3 (contacter pascal.breil@inrae.fr). Actuellement, développement de scénarios d’atténuation en coordination avec un réseau utilisateurs au sein d’une action avec la DGPR. Deux autres thèses sont en cours pour continuer à améliorer IRIP : Thèse A. Cerbelaud (2021-2023) – usage des données satellites pour évaluer les modèles de ruissellement intense. Thèse G. Barjot (2021-2024) – adaptation du modèle de ruissellement IRIP au milieu urbain et à la gestion du ruissellement courant.

IRIP : Indicateurs du Ruissellement Intense Pluvial. Modèle de diagnostic des zones à fort potentiel de ruissellement et des aléas associés (érosion, transfert, et dépôt)

Vulnérabilité des Aires d'Alimentation de Captage

Plusieurs méthodes ont été développées pour déterminer la vulnérabilité d’un bassin versant ou d’une AAC (aire d’alimentation de captage) aux transferts de contaminants :

• sur des AAC aux transferts mixtes (c-a-d alimentées à la fois par des écoulements de surface et souterrains),
• à l’échelle de petits bassins versants, pour évaluer si les zones tampons existantes sont suffisantes ou s’il est nécessaire d’en implanter de nouvelles, et dans ce cas de quel type selon les écoulements dominants : ruissellement de surface, drainage agricole, écoulements de subsurface ou infiltration profonde

Des méthodes ont été développées pour établir un diagnostic de vulnérabilité aux transferts de contaminants, étape indispensable pour améliorer la qualité de l'eau sur un bassin versant ou une Aire d'Alimentation de Captage

Estimation des débits en climat futur

Le projet Life Eau & Climat a pour ambition d'aider les acteurs de la gestion locale des ressources en eau à intégrer les effets du changement climatique dans leur planification et à mettre en oeuvre des mesures d'adaptation. Explore2 vise à actualiser les connaissances sur l'impact du changement climatique sur l'hydrologie, et à accompagner les acteurs des territoires dans l'utilisation de ces résultats pour adapter leurs stratégies de gestion de la ressource en eau. Le portail Driasles futurs de l'eau a pour vocation de mettre à disposition des projections hydrologiques des eaux de surface et souterraines, réalisées dans le cadre du projet national Explore2, ainsi que l’ensemble des informations utiles à leur bonne utilisation, sous différentes formes graphiques ou numériques.

Explore 2 et Life & Climat sont deux projets visant à mieux anticiper les effets du changement climatique sur la ressource en eau pour mieux s'y adapter

Réanalyse des précipitations, températures et débits passés

La réanalyse climatique FYRE (French Hydrometeorological REanalysis) Climate, une réanalyse ensembliste des précipitations et températures journalières à haute résolution couvrant la période 1871-2012, a permis d'améliorer la connaissance du climat passé en France. Le jeu de données FYRE Climate a été utilisé comme entrée d'une modélisation hydrologique sur 662 bassins versants faiblement anthropisés en France et couvrant une large partie du territoire, pour constituer le jeu de données Fyre Hydro.

Fyre Climate et Fyre Hydro permettent, par une réanalyse ensembliste de disposer de chroniques climatiques et hydrologiques sur la France, depuis 1871.,

Diagnostic de l'état des masses d'eau de surface

Plusieurs méthodes développées à l'échelle nationale permettent d'établir un diagnostic de l'état des masses d'eau de surface : SYRAH pour l'hydromorphologie, ARPEGES pour le risque Pesticides, RHT pour diverses caractéristiques du régime hydrologique, TIGRE pour la température des cours d'eau, approche EIP - échantillonneurs intégratifs passifs- ou analyses non ciblées pour la qualité chimique des milieux.

Formalisation, normalisation de méthodes

Pour la surveillance des milieux : En complément aux travaux menés sur les stratégies d'analyses chimiques non ciblées, un groupe ad’hoc national a été constitué début 2023 au sein de la commission AFNOR T91M (eau micropolluants organiques) suite à la demande de création d’un nouveau groupe de travail « Water quality – Application of LC-HRMS for NT» à l’ISO TC 147/SC2 d’octobre 2021. Norme AFNOR NF T90-721 / Caging Gammare – bioaccumulation pour l’évaluation de la contamination biodisponible. Biotests in situ pour l'évaluation de la contamination biodisponible des cours d'eau à l'aide du crustacé amphipode Gammarus (biosurveillance active) : protocole d'exposition (encagements in situ) . Norme AFNOR XP T90-722 / Méthodes de mesures de marqueurs biologiques chez le gammare (domaine d'application : qualité des milieux aquatiques) Qualité de l'eau : Mesures moléculaires (AChE), physiologiques (reproduction) et comportementales (alimentation) chez le gammare (crustacé amphipode). Ces méthodes sont applicables aux espèces de Gammaridae, marines et d'eaux douces : pour des gammares exposés au laboratoire à une substance chimique, un mélange de substances chimiques, une eau naturelle, un effluent, ou encore un sédiment naturel ou enrichi ; pour des gammares encagés in situ en milieux aquatiques. La méthode est applicable sur le terrain pour les eaux continentales de surface : rivières, fleuves, canaux et plans d'eau. Les conditions de mesure (paramètres physico-chimiques, nourriture,...) doivent être définies pour chaque espèce. La norme décrivant sa mise en oeuvre se décline en 3 parties : Partie 1 Partie 2 Partie 3 Pour la gestion des risques : Guide pour l’évaluation de la dangerosité des sédiments contaminés en eau douce Ce guide OFB décrit une démarche permettant d'évaluer le danger potentiel relatif aux sites d'accumulation de sédiments d'eau douce continentale (ouvrages et voies navigables), notamment en amont de travaux ou d'opérations susceptibles d'impliquer un curage, un dragage ou une remise en mouvement de sédiments potentiellement contaminés. Il est également adapté au diagnostic des causes de déclassement en mauvais état d'un site lors de suivi de qualité dans un contexte DCE.

Plusieurs méthodes ont été formalisées ou normes développées pour être utilisées à l'échelle nationale, dans des domaines variés : surveillance des milieux, gestion des risques, définition des débits écologiques ...

Plan d'action pour limiter les contaminations diffuses sur un bassin versant

Un ensemble de méthodes complémentaires a été développé pour construire un plan d’action pour limiter les contaminations par les pesticides : changement d’occupation du sol ou modifications des pratiques agricoles, aménagement d’Infrastructures AgroEcologiques ou « zones tampons », suivi de l'efficacité des actions mises en oeuvre

Inondations en ville, rupture de barrage

Rubar20TS est un modèle en 2 dimensions qui permet de représenter l'écoulement et les transports associés (polluants, sédiments), et de représenter l'évolution du fond. Il est notamment adapté pour simuler des crues en milieu urbain. RubarBE est un modèle en 1 dimension qui permet de représenter les écoulements, ainsi que l'évolution des fonds induite. Ces deux modèles peuvent simuler notamment la propagation d'onde de crue et d'onde de rupture de barrage. CASTOR est un modèle statique, qui détermine la hauteur maximale de l'eau en chaque oint d'une vallée u plaine d'inondation en cas d'une rupture de barrage ou de digue.

Plusieurs modèles permettent d'évaluer le risque d'inondation en ville ou par rupture de barrage et l'aléa associé (submersion, transport de polluant et de particules) : RUBAR 20, RUBAR-BE, CASTOR

Débits écologiques et modèles d'habitat

La plateforme Habby (et le package R plus rustique stathabmod) rassemble des modèles d’habitat utilisés en routine pour la définition de « débits écologiques ». HABBY contient les logiciels Estimhab, Stathab, Stathab_steep, FSTress.

Modélisation des transferts d'eau et de matières associées en cours d'eau

Mage et Mage-ADIS permettent de réaliser des calculs hydrauliques (transferts d'eau et de matières associées) sur de longs domaines (plusieurs centaines de kilomètres) et sur du long terme (plusieurs années). Ils peuvent être couplés avec un modèle hydrologique. Ces logiciels sont libres, et font l'objet de formations régulières.

Modélisation de la ressource en eau, scénarios d'adaptation

J2000 est une famille de modèles hydrologiques distribués à l’échelle du bassin versant, destinés principalement à l’étude de la ressource en eau quantitative et de l’impact des activités humaines sur cette ressource. Il peut être utilisé sur une large gamme d'échellede la méso-échelle (dizaine de km²) à l'échelle régionale (100 000 km²), sur des périodes de plusieurs années. àJ2000 est intégré dans la plate-forme de modélisation JAMS qui lui permet d’être très modulaire. Il peut par exemple être appliqué :

• pour représenter l'hydrologie de bassins versants péri-urbains et aborder la gestion à la source des eaux pluviales
• pour représenter l'évolution de la ressource en eau et l'influence des usages de l'eau sur le bassin du Rhône

J2000 est une famille de modèles hydrologiques distribués à l’échelle du bassin versant, destinés principalement à l’étude de la ressource en eau quantitative et de l’impact des activités humaines sur cette ressource. J2000 est intégré dans la plate-forme de modélisation JAMS qui lui permet d’être très modulaire.

Expertises ponctuelles

Les équipes de RiverLy interviennent parfois pour des expertises locales ou des retours d'expérience, à la demande des services de l'état ou de gestionnaires locaux : suivi de l'impact de l'épandage de vinasses sur les eaux de surface, REX crues de l'Aude, débit période de retour X du Rhin action de restauration de cours d'eau plan d'action contre les polldiff gestion d'ouvrages

Expertises scientifiques collectives

3 expertises scientifiques collectives ont été récemment pilotées ou co-pilotées par des scientifiques de Riverly : Impact des produits phytopharmaceutiques sur la biodiversité, Eutrophisation et Impact cumulé des retenues.

Formalisation, normalisation de méthodes

Hydrométrie - Hydromorphologie : Des exercices d'intercomparaison sur certains instruments sont menés aux niveaux national et international. Des guides sur les méthodes associées sont disponibles : Le Coz J., Camenen B., Dramais G., Ribot-Bruno J., Ferry M. & Rosique. J.-L. (2011). Guide technique: Police de l’eau pour le contrôle des débits réglementaires. Editions Onema Camenen B. & G. Melun (2021). Guide technique pour la mesure et la modélisation du transport solide, Edition OFB (Office National de la Biodiversité), Collection Guides et protocoles. 146 p.

Plusieurs chercheurs de l'unité participent à la commission des Normes ISO, section X10C, travaillant sur la thématique "hydrométrie" et "transport solide".

L’ensemble des modèles d'habitat hydraulique contribuent à la définition de « débits écologiques », vus comme des compromis entre milieux et usages. L’utilisation de modèles d’habitat s'intègre nécessairement dans une approche globale qui prend en compte le contexte hydrologique, environnemental, biologique et socio-économique. La mise en œuvre et l'interprétation des modèles d'habitat n'est pas immédiate et nécessite de l’expertise. La place des modèles d’habitat dans la démarche de définition des débits écologiques est décrite dans les documents suivants, dont la lecture est recommandée pour une bonne interprétation : ​

HABBY est une plateforme libre qui regroupe de nombreux modèles d’habitat hydrauliques, numériques ou statistiques. Le logiciel fournit de nombreux modèles de préférences biologiques (poissons et invertébrés surtout) et permet des valorisations graphiques multiples.

Stathabmod est un package R plus rustique qui permet l’utilisation des modèles hydrauliques statistiques. Le package ne contient pas de modèles biologiques : utiliser HABBY pour accéder à ces modèles et pour des versions plus complètes.

- Lamouroux N., Augeard B., Baran P., Capra H., Le Coarer Y., Girard V., Gouraud V., Navarro L., Prost O., Sagnes P., Sauquet E., Tissot L. (2018) Débits écologiques : la place des modèles d'habitat dans une démarche intégrée. Hydroécologie Appliquée, 20, 1–26.

- Lamouroux N., Hauer C., Stewardson M.J., Poff N.L. (2017) Physical habitat modeling and ecohydrological tools. In Horne A., Webb A., Stewardson M.J., Richter B., Acreman M. (Eds). Water for the Environment. Elsevier, Amsterdam. p. 265-285.

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Débits écologiques et modèles d'habitat

Diagnostic et plan d’action pour limiter les contaminations diffuses sur un bassin versant

Les produits de protection des plantes, produits phytopharmaceutiques ou pesticides, sont couramment utilisés pour limiter le développement des adventices, maladies fongiques ou nuisibles dans les cultures. Ces substances ont toutefois des effets indésirables sur les espèces non cibles, et peuvent notamment mettre en péril le bon état des milieux aquatiques. En parallèle à une réduction de leurs usages, il est donc souhaitable de limiter leurs transferts vers le milieu aquatique. Compte tenu de leur capacité à être dégradés ou retenus, notamment sur des substrats riches en matière organique, après leur application, il est possible d’utiliser les éléments du paysage (existants ou à aménager) pour jouer le rôle de « zone tampon » et limiter ainsi les transferts. Avant de définir un plan d'action sur un bassin versant ou une AAC (Aire d’Alimentation de Captage), il est nécessaire de réaliser un diagnostic du risque de contamination par les pesticides, en identifiant les zones à risque, et les écoulements dominant les transfert. Une fois ce diagnostic établi, plusieurs méthodes et outils complémentaires ont été développées pour bien positionner et dimensionner des zones tampons pour limiter les transferts vers le milieu aquatique (BUVARD, GEOMELBA) ou faciliter l’émergence de solutions correctives via la concertation entre les acteurs d’un territoire -changement de pratiques agricoles, mise en place de zones tampons- (jeu sérieux CAUSERIE).Il importe également d'évaluer l'efficacité du plan d'action mis en oeuvre.

BUVARD

BUVARD est un outil disponible en ligne qui permet de dimensionner une zone tampon enherbée pour limiter le transfert de pesticides, en tenant compte des caractéristiques très locales de son implantation : climat, sol, culture, zone de la zone contributive au ruissellement entrant sur la zone tampon. Une version prenant en compte l’érosion et le transfert des pesticides sur les particules de sol est en développement

Geomelba

GEOMELBA est un outil de type Système d’Information Géographique qui permet de construire une représentation d’un bassin versant qui prend explicitement en compte le parcellaire et les éléments du paysage qui influencent les transferts hydriques de produits phytosanitaires par ruissellement de surface ou drainage à cette échelle (<10 km²). Par une approche simplifiée de représentation des transferts, il permet de visualiser l’impact de changements d’occupation du sol et d’organisations paysagères sur la contamination des eaux de surface à l’échelle d’un bassin versant. Il est notamment utilisé dans le jeu sérieux CAUSERIE, mais peut également être utilisé seul comme pré-outil de diagnostic

Causerie

Causerie est un jeu sérieux, outil participatif qui favorise l’action concertée à l’échelle intégratrice du petit bassin versant (quelques km²) pour mieux concilier agriculture et qualité de l’eau en prenant en compte les composantes spatiales et temporelles des solutions correctives et de leurs effets. L’approche est centrée sur le paysage qui, à la croisée de différentes perceptions des acteurs du territoire et siège de multiples enjeux, est le support tant de processus physiques conditionnant le transfert des produits phytosanitaires que de processus techniques et humains visant à leur gestion

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Les échantillonneurs intégratifs passifs pour évaluer l’efficacité de plans d’actions

Les échantillonneurs intégratifs passifs (EIP) peuvent être utilisés pour mesurer l’efficacité des plans d’actions mis en place localement pour limiter la contamination des milieux aquatiques. L’unité RiverLy est sollicitée par des acteurs locaux et les accompagne pour l’évaluation de la mise en œuvre d’actions (pratiques et aménagements) dans le cadre de Paiements pour Services Environnementaux (PSE, outils financés par les Agences de l’Eau).

Les EIP sont simples d’utilisation et permettent un échantillonnage continu des milieux aquatiques pour avoir accès à des informations intégrées : présence de contaminants dans le milieu, comparaison de niveaux de contamination entre 2 points d’échantillonnage distincts dans le temps ou dans l’espace (ex. entrée/sortie d’un dispositif) ou concentrations moyennes pendant la période d’exposition de l’outil. Nous avons montré l’intérêt des EIP, en particulier des Tiges Silicone Polaire (TSP), pour le suivi de l’efficacité de Zones Tampons Humides Artificielles

BDOH, Base de Données pour les Observatoires en Hydrologie

BDOH, Base de Données pour les Observatoires en Hydrologie, a pour vocation de permettre la gestion, la bancarisation et la mise à disposition des données hydrologiques et biogéochimiques issues des observatoires de long terme gérés par ou dans lesquels est fortement impliqué INRAE. Il s'agit de sites expérimentaux de terrain sur lesquels sont réalisées en continu ou lors de campagnes récurrentes des mesures de pluviométrie, hauteurs d'eau et débits dans les cours d'eau, niveaux de nappes, flux de matières en suspension, concentrations en diverses substances etc. Le plus ancien observatoire fonctionne depuis 1962. Ces données sont utilisées à des fins scientifiques par les chercheurs d'INRAE et ses partenaires, ainsi que par la communauté opérationnelle de l'environnement, publique ou privée : services de l'État, collectivités territoriales, bureaux d'études, industriels. Les données sont accessibles à tous gratuitement moyennant une inscription sur le site et le respect des conditions d'utilisation. Dans BDOH, les données sont naturellement organisées par Observatoires, administrés indépendamment par les unités de recherche qui en ont la charge. Les observatoires dépendant de RiverLy sont :

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OSR, Observatoire des sédiments du Rhône

L’Observatoire des Sédiments du Rhône (OSR) a pour mission de produire, rassembler et gérer des données visant à caractériser les stocks et les flux sédimentaires, ainsi que les pollutions associées à ces sédiments.

OTHU, Observatoire des Transferts en Hydrologie Urbaine

L'OTHU est un laboratoire de recherche 'hors murs' d'observation des rejets urbains et de leurs impacts sur les milieux récepteurs - notamment par temps de pluie-sur la région lyonnaise - pour proposer de nouvelles solutions de conception et de gestion de l'assainissement. Les données du bassin de l’Yzeron, suivi par RiverLy, sont disponibles.

SAAM Site Atelier Ardières Morcille

Les Lônes de l'Ain

OHM-CV. Observatoire Hydro-météorologique Méditerranéen Cévennes-Vivarais

L'ensemble de ces observatoires est inclus dans la ZABR - Zone Atelier Bassin du Rhône

L’Observatoire des Sédiments du Rhône (OSR) a pour mission de produire, rassembler et gérer des données visant à caractériser les stocks et les flux sédimentaires, ainsi que les pollutions associées à ces sédiments.

L'OTHU est un laboratoire de recherche 'hors murs' d'observation des rejets urbains et de leurs impacts sur les milieux récepteurs - notamment par temps de pluie-sur la région lyonnaise - pour proposer de nouvelles solutions de conception et de gestion de l'assainissement. Les données du bassin de l’Yzeron, suivi par RiverLy,dans ce cadre sont disponibles sur BDOH.

Les lônes sont des bras morts encore partiellement connectés au cours d'eau lors des crues. Leur étude a donc été entreprise, pour comprendre la dynamique sédimentaire qui va décider de leur maintien ou de leur atterrissement. Le suivi par INRAE Lyon des lônes de l’Ain se place dans le cadre du programme « Modifications anthropiques des flux sédimentaires des cours d’eau, réponses des écosystèmes aquatiques et actions de restauration » de la Région Auvergne Rhône-Alpes et par le programme national ACI « ECCO » PNRH, « étude du fonctionnement hydro-sédimentaire des annexes fluviales ». Les données sont disponibles sur BDOH

Le site Ardières-Morcille (SAAM) est depuis plus de 30 ans le lieu de recherches et d’actions de développement visant à mieux comprendre et limiter les conséquences négatives des actions anthropiques, et notamment de la viticulture, sur le fonctionnement des écosystèmes aquatiques. Il a été labellisé site atelier de la Zone Atelier du Bassin du Rhône (ZABR) en 2007. Ses travaux s’inscrivent notamment dans l’objectif global de parvenir à une meilleure compréhension de la chaîne pressions-expositions-impacts, appliquée aux produits phytosanitaires. Les données acquises sur le SAAM sont disponibles sur BDOH

L'Observatoire Hydro-météorologique Méditerranéen Cévennes-Vivarais vise à fédérer les compétences de chercheurs de disciplines variées (météorologie, hydrologie, géophysique, géographie, mathématiques appliquées, socio-économie... ) pour améliorer les connaissances et les capacités de prévision du risque hydro-météorologique associé aux pluies intenses et aux crues éclairs. Plusieurs instituts et laboratoires contribuent à l'acquisition de données météorologiques et hydrologiques. La contribution de RiverLy consiste à mettre en service et assurer la maintenance et continuer le développement d'un réseau de stations de mesures sans contact du débit des rivières (mesure des vitesses de surface par la méthode LSPIV, et mesures de hauteur d'eau par capteur radar) sur le bassin versant de l'Ardèche. Les données sont disponibles sur BDOH

L’expertise scientifique collective (ESCo) est une synthèse des connaissances scientifiques validées, en réponse à une question complexe. La question est adressée sous forme de « saisine » à INRAE, parfois en partenariat avec d'autres établissements scientifiques (CNRS, Cirad, Ifremer...), par des ministères ou des agences publiques (commanditaires) en lien avec la mise en œuvre d’une politique publique. Les réponses apportées nécessitent une approche pluridisciplinaire, incluant les sciences de la vie et les sciences sociales. Une analyse de la bibliographie académique internationale est réalisée par un collectif d’experts scientifiques (chercheurs des organismes publics français et étrangers), les résultats de l’expertise sont destinés à éclairer la décision publique et le débat public. Une de ses particularités est de distinguer les acquis de la recherche, les questions encore en suspens, les incertitudes faisant encore l’objet de travaux et les controverses du savoir non encore résolues. Elle constitue un état des lieux des connaissances produites par la science et fait le point sur les besoins de recherche à mener sans cependant formuler de recommandations à l’attention des décideurs.Trois ESCo ont été récemment pilotées ou co-pilotées par des scientifiques de l'UR RiverLy, et ont également impliqué des chercheurs de l'Unité :

Expertises scientifiques collectives

Impact des produits Phytopharmaceutiques sur la biodiversité et les services écosystémiques.

Dans le cadre du programme Ecophyto II+, les ministères en charge de la Transition écologique, de l’Agriculture et de la Recherche ont confié en 2020 à INRAE et l’Ifremer le pilotage d’une expertise scientifique collective sur les impacts de ces produits sur la biodiversité et les services écosystémiques, depuis leurs zones d’épandage jusqu’au milieu marin, en France métropolitaine et en outre-mer. Les conclusions de cette expertise, présentées ce 5 mai lors d’un colloque public, confirment que l’ensemble des milieux terrestres, aquatiques et marins – notamment côtiers – sont contaminés par les produits phytopharmaceutiques. Des impacts directs et indirects de ces substances sont également avérés sur les écosystèmes et les populations d’organismes terrestres, aquatiques et marins. La contamination tend néanmoins à diminuer pour les substances interdites depuis plusieurs années. Ces travaux mettent aussi en avant des besoins de recherche complémentaires pour mieux quantifier l’impact de ces produits sur l’environnement. Ils soulignent par ailleurs l’existence de plusieurs leviers, liés à la réglementation, aux pratiques d’utilisation des produits et à la structure des paysages agricoles, efficaces pour limiter cette contamination et ses impacts, tout en garantissant la protection des récoltes, alors même que les systèmes de production agricole ne recourant pas aux produits phytopharmaceutiques sont encore trop limités. Les résultats de cette ESCo ont été livrés le 16 mai 2022. Le résumé pour décideurs et la synthèse du rapport complet sont disponibles en ligne

L’eutrophisation : mieux comprendre pour mieux gérer.

Marées vertes, prolifération d’algues, parfois toxiques, dans des lacs, cours d’eau ou zones côtières sont des manifestations d’eutrophisation des milieux aquatiques. Une expertise scientifique collective a été conduite sur ce sujet par le CNRS, l’Ifremer, l’Inra et Irstea, à la demande des ministères en charge de l’Agriculture et de l’Environnement. Elle a livré ses conclusions lors d’un colloque le 19 septembre 2017. Le résumé pour décideurs et la synthèse du rapport complet des experts sont disponibles en ligne.

Impact cumulé des retenues sur le milieu aquatique.

Le ministère en charge de l’Environnement a sollicité, avec l’appui de l’Onema, une expertise scientifique collective (ESCo) auprès d’Irstea, en partenariat avec l’Inra, sur l’impact cumulé des retenues d’eau sur le milieu aquatique. L’étude de ces impacts cumulés est désormais requise en préalable à la création de nouveaux ouvrages alors que peu de connaissances et méthodologies sont disponibles, notamment en ce qui concerne les impacts cumulés. Les conclusions de cette expertise ont été rendues et débattues le 19 mai 2016. Le résumé pour décideurs et la synthèse du rapport complet des experts sont disponibles en ligne

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Diagnostic de la pression chimique

Plusieurs méthodes complémentaires permettent de diagnostiquer la pression chimique qui s'exerce sur le milieu aquatique, tant dans l'eau, sur les particules en suspension dans l'eau ou au sein des sédiments du cours d'eau :

• Approche PICT : Etude de l’évolution des niveaux de tolérance des communautés microbiennes benthiques (périphyton et sédiment) à différents toxiques pour diagnostiquer la pression chimique exercée par ceux-ci

Une communauté microbienne exposée chroniquement à un micropolluant dans le milieu devient généralement plus tolérante à la toxicité de celui-ci (PICT, Pollution Induced Community Tolerance). La détection d’une variation du niveau de tolérance à un micropolluant peut donc révéler une variation du niveau d’exposition chronique à celui-ci ou à d’autres substances présentant un mode d’action similaire. Depuis une quinzaine d’années, nos recherches visent à développer et appliquer des protocoles permettant de mesurer la tolérance des communautés microbiennes naturellement présentes dans les cours d’eau à divers types de contaminants (pesticides, éléments traces métalliques, antibiotiques, autres médicaments). Un projet en cours financé par l’OFB vise à proposer un référentiel d’interprétation des résultats issus de ce type d’approche pour contribuer au diagnostic de la pression chimique dans les rivières contaminées. La méthode est présentée dans un article de la revue Sciences Eaux et Territoires

• Echantillonnage intégratif passif (eau) : Déploiements d’un panel d’outils intégratifs pour améliorer l’évaluation de la contamination des milieux aquatiques

• Biomonitoring : CAGING GAMMARE, ou encagement de gammares - Biotests in situ pour l'évaluation de la contamination biodisponible ou de la toxicité des cours d'eau à l'aide du crustacé amphipode Gammarus (biosurveillance active).

Nos travaux de recherche visant l’évaluation in situ de la contamination et de la toxicité des milieux se sont concrétisés avec le développement d’une approche de diagnostic basée sur le biomonitoring actif chez Gammarus fossarum (encagement d’organismes contrôles). La méthodologie développée a bénéficié d’un écho particulièrement favorable chez les gestionnaires des milieux aquatiques, du fait que l’approche développée a permis de proposer pour la première fois en écotoxicologie à une échelle nationale des valeurs de référence relatives à la contamination chimique des organismes et leur réponse toxicologique. L’outil est notamment intégrés dans les démarches d’évaluation de l’état chimique DCE des masses d’eau par les agences de l’eau

• Stratégies d’analyses non ciblées (eau) pour la recherche de micropolluants organiques dans l’environnement

• Echantillonnage intégratif des MES par piège à particules (PAP) – mesure des contaminants particulaires

Diagnostic de l'état des masses d'eau de surface

Plusieurs méthodes développées à l'échelle nationale permettent d'établir un diagnostic de l'état des masses d'eau de surface : SYRAH-CE pour l'hydromorphologie, ARPEGES pour le risque Pesticides, RHT pour diverses caractéristiques du régime hydrologique, TIGRE pour la température des cours d'eau, approche EIP - échantillonneurs intégratifs passifs- ou analyses chimiques non ciblées pour la qualité chimique des eaux.

Risque pesticide : ARPEGES

La méthode ARPEGES permet d’évaluer le potentiel de contamination des masses d’eau de surface par les pesticides. Elle est basée sur des réseaux bayésiens et s’appuie sur des cartes intermédiaires de vulnérabilité intrinsèque des bassins versants (capacité du milieu à être atteint par la contamination, via le ruissellement, le drainage agricole ou les écoulements de subsurface), de vulnérabilité spécifique (tenant compte des caractéristiques des substances phytopharmaceutiques, notamment durée de vie et capacité d’adsorption) et d’usages de ces substances. Elle aboutit à des cartes de risque de contamination en période de basses eaux et en période de hautes eaux, via des transferts rapides ou des transferts lents. Cette méthode est utilisée par plusieurs agences de l‘eau pour établir l’état des lieux pour la Directive Cadre sur l'Eau

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Thermie en Rivière : Projet TIGRE

Le projet TIGRE (Thermie en rivière : analyse géostatistique et description de régime), mené par l’INRAE et l’université de Tours, en partenariat avec l’OFB, a permis pour la première fois de réunir, critiquer et valoriser un grand nombre de données de températures en rivière issues de plusieurs réseaux de mesure déployés à l’échelle nationale par différents gestionnaires depuis la fin des années 2000 (OFB, DREAL, Agences de l’Eau, fédérations de pêche…). La base de données du projet comporte aujourd’hui près de 3000 stations de mesures (elle n’est pas exhaustive sur le plan national et pourra être complétée à l’avenir).

Hydromorphologie : SYRAH-CE

Le Système relationnel d’audit de l’hydromorphologie des cours d’eau (Syrah-ce) est un système d’aide à la décision qui vise à identifier le risque d'altération hydromorphologique et à évaluer l'inhérente dégradation de l' « état écologique », via une approche par tronçon de cours d'eau. L’enjeu est d’identifier les altérations et les zones de risque. Le système comprend 2 types de données :

• · une composante géographique et cartographique permettant l'évaluation des pressions s'exerçant sur les cours d'eau et réalisée à partir de données disponibles à l'échelle nationale,
• · une composante statistique et probabiliste permettant l’évaluation des risques d’altération hydromorphologique à partir des pressions.

RHT : Réseau Hydrographique Théorique

Le RHT est un réseau hydrographique qui remonte sur les têtes de bassin et assure la connectivité entre les différents éléments du réseau hydrographique.Il sert de support de diffusion de résultats de nombreux modèles de recherche, par exemple :

• Extrapolation de régime hydrologique (VCNA5, QMNA5 …), sur chaque arc du réseau
• Extrapolation de probabilité d’intermittence.
• Modèle de géométrie hydraulique Q-H-V.
• Modèle d’extrapolation de substrat.

EIP - Echantillonneurs Intégratifs Passifs pour la surveillance réglementaire DCE

Les échantillonneurs intégratifs passifs (EIP) permettent de concentrer les contaminants et offrent de grands avantages par rapport aux prélèvements classiques d’échantillons d’eau. En effet, ces techniques permettent d’obtenir des mesures intégrées sur la durée d'exposition, ainsi qu’une diminution des limites de détection et de quantification. Les EIP sont désormais reconnus d’un point de vue règlementaire avec leur inclusion dans le nouvel arrêté surveillance pour la DCE (Directive Cadre sur l'Eau).

Le laboratoire de chimie des milieux aquatiques de RiverLy s'est largement impliqué dans la production de connaissances et guides techniques pour la mise en oeuvre opérationnelle de ces EIP.

Ces documents et disponibles sur le site d'AQUAREF, en particulier : Un rapport sur l’Evaluation de la pertinence des échantillonneurs intégratifs passifs (EIP) pour la surveillance règlementaire : Un article technique sur l’Evaluation de la pertinence des échantillonneurs intégratifs passifs (EIP) pour la surveillance règlementaire des milieux aquatiques : Deux guides AQUAREF, pour l’échantillonnage in situ et pour l‘analyse Quatre supports de formation (pour 4 modules), 1/ Généralités sur les EIP, 2/ Déploiement sur le terrain, 3/ Analyse des EIP en laboratoire, 4/ Calcul de la concentration dans l’eau

Analyses chimiques non ciblées

Les analyses non ciblées, basées sur des techniques chromatographiques couplées à la spectrométrie de masse haute résolution, présentent également un intérêt pour la surveillance des micropolluants organiques dans les milieux aquatiques, dans le cadre de la DCE.Ces stratégies permettent d’obtenir une information plus globale sur l’état chimique des eaux, en couvrant plusieurs centaines, voire milliers, de molécules et en permettant l’élaboration d’empreintes chimiques

Expertises locales, retours d'expérience

Suivi de l'impact de l'épandage de vinasses sur les eaux de surface.

Cette expertise pour le Bureau National Interprofessionnel du Cognac (BNIC) répond à la demande de la DREAL concernant la dérogation du 18 juin 2019 autorisant les distillateurs de Cognac, à épandre leurs vinasses issues de l’activité de distillation sur des sols cultivés dont la concentration en cuivre est supérieure à 100mg/kg de matière sèche. Cette dérogation impose au BNIC de mettre en place un suivi de l’impact de l’épandage des vinasses sur le milieu naturel et en particulier une surveillance sur les eaux de surface. Deux échelles distinctes sont envisagées : une aire restreinte d’un bassin versant et une aire plus importante à l’échelle de l’aire d’appellation Cognac. Le suivi est à effectuer à minima sur le cuivre, les matières organiques et les matières azotées. Dans ce cadre, une campagne de prélèvements mensuels sur 6 points le long du Collinaud (cours d’eau drainant un bassin versant comprenant des parcelles viticoles sans et avec épandage de vinasse) a été réalisée en 2021 puis reconduite en 2023. Des prélèvements plus rapprochés dans le temps (journaliers et hebdomadaires) sont réalisés autour d’une période d’épandages. Ce suivi a permis de collecter un jeu de données comportant des paramètres classiques comme les concentrations en cuivre dissous, nitrate et carbone organique dissous. Surtout, cette expertise a pour but de caractériser finement la matière organique dissoute (MOD) pour mieux identifier les transferts depuis l’épandage des vinasses jusqu’au cours d’eau. La MOD est caractérisée par une série d’analyses complémentaires : spectrophotométrie UV-visible, chromatographie d’exclusion stérique couplée à des détecteurs UV et fluorescence 3D (analyse réalisée par l’équipe de Physico- et Toxico-Chimie de l'environnement, EPOC UMR 5805 CNRS, Université de Bordeaux). Les données recueillies (descripteurs et indicateurs issus des différentes techniques) permettent la construction d’empreintes spécifique à la qualité/nature de la MOD collectée dans le cours d’eau. La construction de telles empreintes physicochimiques de MOD a été développée dans le cadre de la thèse d’Amine Boukra. La comparaison avec les empreintes obtenues directement dans les échantillons de vinasses permettra d’identifier les apports potentiels de vinasses le long du cours d’eau.

Déploiement d’Echantillonneurs intégratifs passifs pour améliorer les suivis de contamination des eaux au Maroc

Une mission d’expertise internationale (financée par l’Organisation des Nations Unies pour l’Alimentation et l’Agriculture, FAO) a été réalisée sur demande de l’Office National de l’Electricité et de l’Eau potable au Maroc (ONEE) pour évaluer l’intérêt et la faisabilité de l’utilisation d’échantillonneurs intégratifs passifs (EIP) pour améliorer les contrôles de pollution des eaux par les pesticides.

Cette expertise pour le Bureau National Interprofessionnel du Cognac (BNIC) répond à la demande de la DREAL concernant la dérogation du 18 juin 2019 autorisant les distillateurs de Cognac, à épandre leurs vinasses issues de l’activité de distillation sur des sols cultivés dont la concentration en cuivre est supérieure à 100mg/kg de matière sèche.

Empreintes de matière organique obtenues pour les différents échantillons prélevés en 2021 dans le cours d’eau et les vinasses. Les empreintes sont représentées par le plan factoriel des composantes 1 et de 3 de l’analyse en composantes principales, appliquée sur les indicateurs issus de l’analyse Uv-visible (graphs des variables)

Puits d’une exploitation agricole (culture d’avocatiers) à Sidi Taïbi (Maroc, Région de Rabat-Salé-Kénitra), dans lequel pourront être déployés les échantillonneurs passifs pour évaluer les niveaux de contamination en pesticides de la nappe.

La Direction du Contrôle qualité des Eaux (DCE) de l’ONEE Maroc est en charge des prélèvements et des analyses réglementaires d’eaux de surface, souterraines et d’eau potable dans le cadre de la surveillance pour contrôler les niveaux de contamination en pesticides organiques. Les échantillonnages d’eau sont actuellement réalisés par des prélèvements ponctuels dans chaque milieu aquatique considéré. Toutefois, la direction de la DCE a souhaité évaluer la pertinence de nouvelles stratégies d’échantillonnage plus intégratives de la contamination. Les échantillonneurs intégratifs passifs (EIP) développés depuis une vingtaine d’année ont déjà prouvé leur intérêt pour mieux intégrer les variations temporelles de contamination dans les milieux aquatiques et pour abaisser les seuils de détection et de quantification des micropolluants organiques et inorganiques (métaux) dans l’eau. En France, de nombreux travaux ont été réalisés pour développer et pour appliquer les EIP en milieu naturel par les laboratoires de recherche académiques et au sein du consortium Aquaref (laboratoire national de référence pour la surveillance des milieux aquatiques – https://www.aquaref.fr/chimie/eip-echantillonnage-integratif-passif). En particulier, une étude récente a été menée à l'échelle du territoire français pour évaluer et démontrer la pertinence des EIP pour la surveillance réglementaire des milieux aquatiques (https://www.aquaref.fr/travaux-issus-reseau-surveillance-prospective). L’expertise menée auprès de l’ONEE/DCE a pour objectifs :

1. d’informer/former le personnel en charge des prélèvements de terrain et de l’analyse,

1. d’aider au choix des outils d’échantillonnage intégratif passif adaptés aux besoins et aux contraintes de l’ONEE et
2. d’accompagner le premier déploiement des outils sur sites et d’analyse au laboratoire pour la recherche de pesticides dans différents milieux aquatiques.

Pour réaliser des diagnostics fiables de la contamination chimique des milieux aquatiques, les gestionnaires des milieux aquatiques s’appuient le plus souvent sur une stratégie d’analyses chimiques à partir de prélèvements ponctuels. Cette méthodologie rend difficilement compte de la variabilité temporelle de la contamination, surtout au niveau des têtes de bassins versants marqués par une dynamique de transfert rapide des micropolluants. Les échantillonneurs intégratifs passifs (EIP) sont des outils qui, placés dans le milieu aquatique, permettent un échantillonnage en continu, améliorant ainsi la représentativité de la mesure de la qualité du milieu en permettant d’obtenir une concentration intégrée sur le temps d’exposition de l’outil. Initialement développés pour répondre à des questions de recherche, les EIP, simples d’utilisation, peuvent désormais répondre aux questionnements des opérationnels. Nous avons ainsi démontré les capacités des EIP à améliorer la fiabilité des diagnostics sur la distribution spatiale et temporelle de pesticides et produits de transformation dans divers contextes agricoles.

Un article de la revue SET illustre ainsi l'intérêt des Tiges Silicones Polaires, un type d'EIP développé à RiverLy, pur étudier le transfert de pesticides à l'échelle d'un bassin versant rural.

lPlusieurs types d'Echantillonneurs Intégratifs Passifs existent, chacun adapté à des gammes de molécules et des contraintes de mise en oeuvre propres.

La directive cadre européenne sur l’eau (DCE 2000/60/CE) exige que les États membres surveillent les substances chimiques pour la définition de l’état chimique et de l’état écologique des eaux continentales au niveau des différentes masses d’eau ainsi que leur évolution au cours du temps. Cette surveillance pour l’évaluation de la qualité des masses d’eau est abordée dans la directive fille NQE 2008/105/CE, stipulant de procéder à l’analyse tendancielle à long terme des concentrations de 21 substances prioritaires hydrophobes dans les matrices intégratrices comme le sédiment. Or, l’étape d’échantillonnage des sédiments de surface peut être à l’origine d’une source de variabilité, en raison de la nature des sédiments (granulométrie, minéralogie, concentration en carbone organique particulaire [COP]) qui module les concentrations des contaminants/traceurs, en raison de leur plus grande affinité pour les particules fines et/ou la matière organique. Ainsi, plusieurs études ont montré que l’utilisation des matières en suspension (MES) était plus pertinente que celle du sédiment pour évaluer la contamination chimique de la matrice sédimentaire. En effet, l’échantillonnage des MES permet de s’affranchir de l’hétérogénéité de la granulométrie et donc des concentrations en contaminants des sédiments de surface prélevés au cours du temps puisque seules les particules en suspension et donc les plus fines sont échantillonnées et de connaitre précisément la date de l’échantillon prélevé. Ainsi, les pièges à particules représentent une alternative intéressante pour le prélèvement des MES. Ces outils, abordables, permettent d’obtenir un échantillon intégratif sur la période échantillonnée (une semaine à un mois, typiquement) et peuvent être déployés à une très large échelle. Ces systèmes sont ainsi utilisés sur de grands cours d’eaux dans le cadre de réseaux d’observations comme l’Observatoire des sédiments du Rhône (OSR). L’échantillonnage des MES au moyen du piège à particules représente ainsi un moyen simple et robuste pour l’évaluation des tendances spatio-temporelles de contamination mais également pour la caractérisation géochimique des particules nécessaire à l’identification des sources de sédiments dans les hydrosystèmes.

La validité de l'échantillonnage par PAP est évaluée dans un article de la revue Sciences Eaux & Territoires,

et la mise en oeuvre pratique exposée ici

Depuis 2013, les échantillonneurs intégratifs passifs (EIP) sont identifiés dans la Directive Cadre européenne sur l’Eau (DCE) comme des outils prometteurs pour la surveillance réglementaire future des substances prioritaires dans les milieux aquatiques (2013/39/UE). Ils permettent d’être plus représentatifs d’une exposition en contaminants (concentration moyennée sur une durée d’exposition in situ) et d’abaisser considérablement les seuils de détection. Du fait de leur caractère intégratif, ces échantillonneurs permettent également de déceler un pic de pollution (pollution épisodique). Dans ce contexte, en s’appuyant sur les sites du Réseau national de Surveillance Prospective (RSP), sur AQUAREF et sur notre réseau européen de collaboration (réseau Norman), les chercheurs du laboratoire de chimie des milieux aquatiques de RiverLy ont coordonné un projet afin de démontrer la pertinence scientifique et opérationnelle de ces outils pour la surveillance chimique des masses d’eau. Les résultats issus de ce projet ont conduit à la reconnaissance des EIP comme outils pour la surveillance réglementaire nationale (introduction de ces outils pour certaines substances dans le nouvel arrêté du 26 avril 2022, modifiant l’arrêté du 25 janvier 2010 établissant le programme de surveillance de l’état des eaux en application de l’article R. 212-22 du code de l’environnement). Les conditions d’élaboration de la liste des substances pour lesquelles cette possibilité est ouverte est définie dans une note ministérielle en cours de préparation. Ce projet RSP a permis de formaliser des recommandations opérationnelles pour l’usage des EIP dans le cadre de la surveillance règlementaire (contrôles qualité, précautions d’usage …).

Le développement de nouvelles stratégies d’analyses chimiques moléculaires non ciblées par des techniques chromatographiques couplées à la spectrométrie de masse haute résolution offre de nouvelles perspectives d’amélioration de la surveillance chimique des masses d’eau. Ces stratégies permettent d’obtenir une information plus globale sur l’état chimique des eaux, en couvrant plusieurs centaines, voire milliers, de molécules et en permettant l’élaboration d’empreintes chimiques.Néanmoins, à ce jour, il n’existe pas encore de référentiel pour cadrer le déroulement de ce type d’analyses, ni pour définir les exigences requises. Un guide technique a été rédigé par un collectif de laboratoires français pour faire le point sur les pratiques et les précautions à considérer lors de la réalisation d’analyses non ciblées, en particulier pour la recherche de composés suspects dans les échantillons aqueux.

Les verrous liés à la spécificité des analyses non ciblées, au développement de méthodes et au rendu de résultats sont présentés pour fournir des clés de compréhension pour les laboratoires et les utilisateurs de résultats.