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Toute reproduction, totale ou partielle, de cette carte des zones humides potentielles devra être accompagnée de l'origine de la source, à savoir Agro-Transfert Bretagne - https://agro-transfert-bretagne.univ-rennes1.fr/.
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Détermination des zones humides potentielles
Rappel sur l’intérêt des zones humides
Le problème posé ici concerne les petites zones humides de fond de vallée, souvent situées en zones agricoles. Celles-ci sont généralement oubliées des inventaires des milieux humides du fait de leur caractère diffus dans le paysage. Elles font cependant l’objet depuis quelques années d’une attention particulière liée à différents enjeux antagonistes qui inciteraient tantôt à leur aménagement tantôt à leur préservation. Face à la dégradation de la qualité des eaux par la pollution diffuse d'origine agricole et aux problèmes de gestion de l'eau en milieu rural, ces zones peuvent apparaître comme des éléments de régulation du fonctionnement hydrologique et géochimique des bassins versants. Face aux enjeux de biodiversité, les associations environnementales développent un fort argumentaire pour les préserver. Les aménageurs sont à la recherche d’outils et de méthode permettant de les prendre en compte et d’objectiver leurs fonctions.
Contexte et justification du développement de cette méthode
1) Il existe une grande diversité dans les définitions et les méthodes de caractérisation des zones humides, qui ont amené tout d’abord à rechercher une cohérence entre les différentes approches des zones humides (méthodes basées sur la flore, sur l’hydrologie, sur les sols, ou encore à dire d’expert). Une catégorisation des différentes approches selon 3 niveaux a été retenue : zone humide potentielle, zone humide effective et zone humide efficace (par rapport à une fonction particulière). On détaille ici la notion de zone humide potentielle à bien différencier des zones humides effectives issues de diagnostics terrain (voir également l’encart).
2) Dans de nombreuses régions, il n’existe pas de carte des zones humides. La méthode permet de définir les zones humides potentielles, enveloppe de référence dans laquelle se situent en majorité les zones humides effectives, par des outils simples et peu coûteux basés sur la topographie. La méthode permet donc d’avoir une caractérisation des zones humides potentiellement présentes faite en tous lieu avec la même méthode, donc comparable.
2) Dans de nombreuses régions, il n’existe pas de carte des zones humides. La méthode permet de définir les zones humides potentielles, enveloppe de référence dans laquelle se situent en majorité les zones humides effectives, par des outils simples et peu coûteux basés sur la topographie. La méthode permet donc d’avoir une caractérisation des zones humides potentiellement présentes faite en tous lieu avec la même méthode, donc comparable.
Zones humides potentielles, effectives, efficaces
Le premier niveau de la typologie définit des zones humides potentielles, représentant en quelque sorte l’enveloppe extérieure maximale les délimitant. Le deuxième niveau définit, au sein de cette première délimitation, les zones humides effectives, qui présentent réellement un caractère de milieu humide, caractère qui a pu disparaître dans les zones humides potentielles du fait notamment d’aménagements. Enfin, le troisième niveau définit les zones humides efficaces. Cette notion est spécifique d’une fonction particulière (fonction hydrologique, géochimique, paysagère…). La zone humide efficace peut bien sur être définie différemment selon la fonction considérée. Ces trois niveaux de définitions correspondent à trois degrés dans les moyens à mobiliser pour les caractériser, respectivement : des indicateurs d’accès facile ; une approche in situ de l’état hydrique du bassin versant ; une réelle appréciation d’une ou de plusieurs fonctions des zones humides telles que décrites précédemment, par le biais d’études détaillées.
(Durand et al. 2000).
Le premier niveau de la typologie définit des zones humides potentielles, représentant en quelque sorte l’enveloppe extérieure maximale les délimitant. Le deuxième niveau définit, au sein de cette première délimitation, les zones humides effectives, qui présentent réellement un caractère de milieu humide, caractère qui a pu disparaître dans les zones humides potentielles du fait notamment d’aménagements. Enfin, le troisième niveau définit les zones humides efficaces. Cette notion est spécifique d’une fonction particulière (fonction hydrologique, géochimique, paysagère…). La zone humide efficace peut bien sur être définie différemment selon la fonction considérée. Ces trois niveaux de définitions correspondent à trois degrés dans les moyens à mobiliser pour les caractériser, respectivement : des indicateurs d’accès facile ; une approche in situ de l’état hydrique du bassin versant ; une réelle appréciation d’une ou de plusieurs fonctions des zones humides telles que décrites précédemment, par le biais d’études détaillées.
(Durand et al. 2000).
Domaine d'application
La méthode a été développée dans le Massif armoricain. Elle est particulièrement adaptée aux systèmes hydrologiques présentant des nappes superficielles se développant dans des milieux relativement peu perméables, notamment dans tous les massifs anciens (Massif Armoricain, Massif Central…). Elle a été développée pour les bassins versants d’ordre 1 à 3 (ordination de Stralher) (qui représentent souvent 80% de la superficie d’un bassin versant), où elle est bien adaptée. Elle sera moins pertinente dans les bassins versants d’ordre supérieurs, et dans les grandes zones humides (par exemple le marais de Redon), les marais littoraux. Dans ces zones humides cependant, le problème de la délimitation ne se pose pas vraiment.
Objectif de la méthode, définition des zones humides potentielles
On entend par zone humide potentielle une zone qui selon des critères géomorphologiques et climatiques du bassin versant dans lequel elle s’inscrit, devrait présenter les caractéristiques d’une zone humide, en l’absence de toute intervention de l’homme (drainage, comblement, modification de la circulation de l’eau en amont ou en aval). La méthode permet de déterminer la limite de la zone humide potentielle. Elle ne détermine pas la nature de la zone humide (prairie humide, marais, tourbière…) ni les zones humides aujourd’hui présentes.
Le principe de la méthode est fondé sur la topographie : on défini un indice topographique en tout point du bassin versant, proportionnel à la surface d’alimentation en amont de ce point (qui dépend donc de la convergence des lignes de flux depuis la crête du bassin versant) et de la pente topographique en ce point. La probabilité d’avoir une arrivée d’eau est proportionnelle à cette surface d’alimentation. La probabilité que cette eau reste en ce point est d’autant plus forte que la pente topographique est faible. C’est sur ce principe très simple, mais fondé physiquement, que la méthode est développée.
Un seuil est choisi pour séparer les valeurs d’indices entre 2 populations : celle qui représente la zone humide potentielle, pour les points dont la valeur de l’indice est supérieure à un certain seuil ; ceux qui sont hors de la zone humide potentielle (en deçà de ce seuil). Ce seuil a été calé et validé sur des limites de zones humides cartographiées et identifiées à partir de cartes d’hydromorphie de sol. Ce seuil est par ailleurs dépendant de la taille du pixel de la base de données spatiale.
(Pour plus de détail, voir l’encart)
Le principe de la méthode est fondé sur la topographie : on défini un indice topographique en tout point du bassin versant, proportionnel à la surface d’alimentation en amont de ce point (qui dépend donc de la convergence des lignes de flux depuis la crête du bassin versant) et de la pente topographique en ce point. La probabilité d’avoir une arrivée d’eau est proportionnelle à cette surface d’alimentation. La probabilité que cette eau reste en ce point est d’autant plus forte que la pente topographique est faible. C’est sur ce principe très simple, mais fondé physiquement, que la méthode est développée.
Un seuil est choisi pour séparer les valeurs d’indices entre 2 populations : celle qui représente la zone humide potentielle, pour les points dont la valeur de l’indice est supérieure à un certain seuil ; ceux qui sont hors de la zone humide potentielle (en deçà de ce seuil). Ce seuil a été calé et validé sur des limites de zones humides cartographiées et identifiées à partir de cartes d’hydromorphie de sol. Ce seuil est par ailleurs dépendant de la taille du pixel de la base de données spatiale.
(Pour plus de détail, voir l’encart)
Sur quoi se base la notion de zone humide potentielle ?
Un bassin versant présente un fond de vallée encadré par des versants. Cette géomorphologie est due à l’action sur le très long terme de l’érosion sur un matériau spécifique, qui peut de plus avoir été modifié par une tectonique récente.
- Elle induit des gradients hydrauliques, gouvernés par la topographie, qui entraînent une présence d’eau saturante (nappe,…) en fond de vallée. Ces processus hydrologiques sont parfaitement décrits par des lois qui permettent de prédire spatialement la direction et l’intensité des flux d’eau. Les hydrologues ont ainsi inventé la notion de zone de source à surface variable, ou zone contributive qui peut s’assimiler à la notion de zone humide de fond de vallée (Hewlett et Troendle, 1975 ; Beven & Kirkby, 1979 (Beven and Kirkby, 1979); Merot, 1988).
- Cette présence d’eau saturante en fond de vallée induit ensuite, sous l’effet de facteurs biogéochimiques liés à l’anoxie, une différenciation morphologique des sols et la création de sols hydromorphes ou de sols organiques humides (sols tourbeux). La classification des sols intègre ainsi, pour déterminer des types de sols différents, des notions de durée de saturation et de profondeur de saturation. Les conditions liées à l'anoxie qui jouent sur le long terme vis à vis de la nature des sols jouent également de façon actuelle sur la géochimie de la solution du sol et notamment la dénitrification.
- Les relations entre le type de sols et le type de végétation sont d’abord déterminés par l’usage du sol : usage agricole ou non, plus ou moins intensif. La végétation peut aller de la prairie humide à la flore naturelle jusqu’au boisement. L’évolution de ces dernières années, qui montre un profond changement dans le rapport des agriculteurs aux zones humides, peut être comprise par l’étude de l’évolution des systèmes de production. Ceux-ci déterminent la contribution des exploitations agricoles à l’évolution des zones humides, souvent liée à l’importance des zones humides dans ces mêmes exploitations. Comme précédemment, la végétation entre en interaction avec la solution du sol pour la modifier.
Un bassin versant présente un fond de vallée encadré par des versants. Cette géomorphologie est due à l’action sur le très long terme de l’érosion sur un matériau spécifique, qui peut de plus avoir été modifié par une tectonique récente.
- Elle induit des gradients hydrauliques, gouvernés par la topographie, qui entraînent une présence d’eau saturante (nappe,…) en fond de vallée. Ces processus hydrologiques sont parfaitement décrits par des lois qui permettent de prédire spatialement la direction et l’intensité des flux d’eau. Les hydrologues ont ainsi inventé la notion de zone de source à surface variable, ou zone contributive qui peut s’assimiler à la notion de zone humide de fond de vallée (Hewlett et Troendle, 1975 ; Beven & Kirkby, 1979 (Beven and Kirkby, 1979); Merot, 1988).
- Cette présence d’eau saturante en fond de vallée induit ensuite, sous l’effet de facteurs biogéochimiques liés à l’anoxie, une différenciation morphologique des sols et la création de sols hydromorphes ou de sols organiques humides (sols tourbeux). La classification des sols intègre ainsi, pour déterminer des types de sols différents, des notions de durée de saturation et de profondeur de saturation. Les conditions liées à l'anoxie qui jouent sur le long terme vis à vis de la nature des sols jouent également de façon actuelle sur la géochimie de la solution du sol et notamment la dénitrification.
- Les relations entre le type de sols et le type de végétation sont d’abord déterminés par l’usage du sol : usage agricole ou non, plus ou moins intensif. La végétation peut aller de la prairie humide à la flore naturelle jusqu’au boisement. L’évolution de ces dernières années, qui montre un profond changement dans le rapport des agriculteurs aux zones humides, peut être comprise par l’étude de l’évolution des systèmes de production. Ceux-ci déterminent la contribution des exploitations agricoles à l’évolution des zones humides, souvent liée à l’importance des zones humides dans ces mêmes exploitations. Comme précédemment, la végétation entre en interaction avec la solution du sol pour la modifier.
Sur ce principe, différentes améliorations ont été apportés à la méthode, qui ne sont pas détaillés ici : introduction de la pluviométrie efficace pour définir un indice climato-topographique, calcul des lignes de flux par la méthode multidirectionnelle en lieu de la méthode monodirectionnelle ; utilisation de la pente aval en place de la pente locale (la pente aval est la pente moyenne entre le point d’intérêt et le point de contact entre la ligne d’écoulement le réseau hydrographique). Ces améliorations ont été testés et publiées (cf. bibliographie.).
Mise en œuvre de la méthode, géoréférencement
Quelques remarques précisant l’intérêt et les limites de cette méthode
Une première limite est une limite technique, liée à la précision des bases de données. La dimension du pixel (souvent 50m) ne permet pas d’accéder précisément à des zones humides de largeur inférieure à cette taille.
Une deuxième limite est liée au positionnement géographique des cours d’eau. Les zones humides d’intérêt sont des structures allongées, anastomosées, bordant un cours d’eau. Leur positionnement géographique précis est donc dépendant du positionnement du réseau hydrographique. Les calculs peuvent être faits en se basant soit sur le réseau hydrographique déduit du modèle numérique de terrain (MNT) soit sur le réseau dit vrai. En l’absence d’inventaire exhaustif de terrain le réseau issu de la carte IGN a été retenu. Dans le premier cas, il peut y avoir des décalages latéraux du réseau qui ne permettent pas une localisation exacte des zones humides. Cela amène souvent, lors de la procédure de calcul, à imposer le réseau hydrographique issu de la carte IGN et non pas le réseau hydrographique déduit du MNT.
Cependant le réseau hydrographique IGN peut être imprécis dans l’identification des biefs d’écoulement de premier ordre qui sont parfois ignorés, et mieux reconnus par la démarche systématique du réseau calculé.
Une limite déjà évoquée est le domaine de validité des hypothèses sur lesquels est basée la méthode. Ainsi, dans les cours d’eau de grands ordres, la méthode est moins pertinente. Elle n’a pas pu être validée non plus dans les milieux sédimentaires carbonatés, où la géologie complexe du milieu est le facteur dominant. La méthode suppose une homogénéité de la géologie. Le modèle proposé pourra être amélioré dans l’avenir. Par exemple par une meilleure prise en compte des critères géologiques (Chaplot et al. ont ainsi montré qu’il était possible d’améliorer la prédiction en introduisant un facteur prenant en compte l’intensité de la surrection des différents domaines géologiques en Bretagne, dans des travaux qui restent exploratoires).
Une autre limite est la non prise en compte des zones humides liées à la résurgence (dues à des accidents géologiques, la présence d’une faille par exemple). Les zones humides de plateau sont également mal prises en compte.
Une deuxième limite est liée au positionnement géographique des cours d’eau. Les zones humides d’intérêt sont des structures allongées, anastomosées, bordant un cours d’eau. Leur positionnement géographique précis est donc dépendant du positionnement du réseau hydrographique. Les calculs peuvent être faits en se basant soit sur le réseau hydrographique déduit du modèle numérique de terrain (MNT) soit sur le réseau dit vrai. En l’absence d’inventaire exhaustif de terrain le réseau issu de la carte IGN a été retenu. Dans le premier cas, il peut y avoir des décalages latéraux du réseau qui ne permettent pas une localisation exacte des zones humides. Cela amène souvent, lors de la procédure de calcul, à imposer le réseau hydrographique issu de la carte IGN et non pas le réseau hydrographique déduit du MNT.
Cependant le réseau hydrographique IGN peut être imprécis dans l’identification des biefs d’écoulement de premier ordre qui sont parfois ignorés, et mieux reconnus par la démarche systématique du réseau calculé.
Une limite déjà évoquée est le domaine de validité des hypothèses sur lesquels est basée la méthode. Ainsi, dans les cours d’eau de grands ordres, la méthode est moins pertinente. Elle n’a pas pu être validée non plus dans les milieux sédimentaires carbonatés, où la géologie complexe du milieu est le facteur dominant. La méthode suppose une homogénéité de la géologie. Le modèle proposé pourra être amélioré dans l’avenir. Par exemple par une meilleure prise en compte des critères géologiques (Chaplot et al. ont ainsi montré qu’il était possible d’améliorer la prédiction en introduisant un facteur prenant en compte l’intensité de la surrection des différents domaines géologiques en Bretagne, dans des travaux qui restent exploratoires).
Une autre limite est la non prise en compte des zones humides liées à la résurgence (dues à des accidents géologiques, la présence d’une faille par exemple). Les zones humides de plateau sont également mal prises en compte.
Quelques exemples d’utilisation de la méthode
L’intérêt principal de la méthode est de définir un domaine géographique, une enveloppe de territoire, au sein duquel sont circonscrites la plupart des zones humides existantes. Voici quelques applications :
- Délimitation des zones humides (dans le cas où il n’y a pas eu de modification d’aménagement, ou le milieu géologique est homogène).
- Délimitation du territoire au sein duquel identifier les zones humides existantes.
o Dans ce cadre, des méthodes de croisement de la couche d’information des zones humides, avec une couche d’information portant sur les sols ou la végétation, permettent de définir la majorité des zones humides effectives.
o Dans ce cadre, des méthodes de terrain peuvent être plus rapidement mises en œuvre, car plus ciblées sur les zones d’intérêt, pour ensuite délimiter et caractériser les zones humides efficaces par rapport à une fonction. - Analyse de l’état de conservation ou de dégradation des zones humides, par comparaison entre les zones humides effectives et les zones humides potentielles. : les milieux sont plus ou moins riches en zones humides (10 à 30 % en général en Bretagne). L’absence de zones humides au sein d’un territoire ne signifie donc pas qu’elles ont disparues. Par contre la comparaison avec une enveloppe de zones humides potentielles permet d’apprécier l’état de conservation actuel des zones humides effectives.
- Définition d’un territoire spécifique dans le cadre d’une politique de zones humides. L’enveloppe des zones humides potentielles correspond à un territoire d’intérêt. On peut considérer la zone définie entre les zones humides potentielles et les zones humides effectives qui sont inscrites dans ce premier domaine comme « une zone de négociation ». Une telle approche permet de parler d’un domaine sur lequel il n’y a pas d’enjeux réglementaires (les zones humides potentielles) et qui peut permettre de faciliter le dialogue entre les différentes parties. On peut ensuite plus facilement envisager différentes politiques de conservation ou de réhabilitation au sein de ce territoire en fonction de la volonté des acteurs.
P. Mérot, C. Gascuel, H. Squividant, O. Troccaz, INRA, Agrocampus Rennes, Mai 2008
Bibliographie
Les bases de la méthode :
Le développement de la méthode, sa validation :(Montreuil and Mérot, 2006)
Des applications de la méthode :
Voir également :
Les bases de la méthode :
Beven, K. and Kirkby, M.J., 1979. A physically based variable contributing area model of basin hydrology. Hydrological Sciences Bulletin, 24: 43-69.
Franks S.W., Gineste P., Beven K.J., Mérot P., 1998. On constraining the predictions of a distributed model : the incorporation of fuzzy estimates of saturated areas into the calibration process. Water Ress. Res. : 34 (4), 787-797.
Chaplot, V., Walter, C., Curmi, P., 2000. Improving soil hydromorphic prediction according to DEM resolution and available pedological data. Geoderma, 97: 405-422.
Le développement de la méthode, sa validation :(Montreuil and Mérot, 2006)
Mérot, P., Ezzahar, B., Walter, C., Aurousseau, P., 1995. Mapping waterlogging of soils using digital terrain models. Hydrological Processes, 9: 27-34.
Mérot, P., Squividant, H., Aurousseau, P., Hefting, M., Burt, T., Maitre, V., Kruk, M., Butturini, A., Thenail, C., Viaud V., 2003. Testing a climato-topographic index for predicting wetlands distribution along an European climate gradient. Ecological Modelling : 163 (1-2), p.51-71 http://dx.doi.org/doi:10.1016/S0304-3800(02)00387-3
Des applications de la méthode :
Durand P., Gascuel-Odoux C., Kao C., Mérot P., 2000. Une typologie des petites zones humides ripariennes. Etude et Gestion des Sols : 7 (3), 207-218
Mérot, P., Hubert-Moy,L., Gascuel-Odoux C., Clément J.C., Durand P., Baudry J., Thenail C., 2006. A methodology for improving management of controversial wetland. Environ. Manage., 37 (2), 258-270. http://dx.doi.org/10.1007/s00267-004-0391-4
Montreuil, O., Merot, P., 2006. Nitrogen Removal in Valley Bottom Wetlands: Assessment in Headwater Catchments Distributed throughout a Large Basin. J Environ Qual, 35(6): 2113-2122
Voir également :
Aurousseau P. et Squividant H. Rôle environnemental et identification cartographique des sols hydromorphes de bas-fonds. http://viviane.roazhon.inra.fr/spanum/publica/zhbf/zhbf.htm
PNRZH, 2005. Cahier thématique Caractérisation des zones humides, P. 32 et suivantes, ministère de l’environnement
PNRZH, 2004. Cahier thématique Les zones humides et l'eau, P. 16 et suivantes, ministère de l’environnement
Ph. Merot, Barriuso E. , Beaujouan V. , Benoit P. , Bidois J. , Bourrié G. , Burel F. ,Chaplot V., Charnay M-P. , Clement B. , Clément J-C. , Cotonnec A. , Curmi P. , Durand P. , Ganzetti I. , Gascuel-Odoux C. , Grimaldi C., Hollier Larousse A., Hubert-Moy L. , Jaffrezic A. , Kao C., Mérot PH. , Molénat J. , Ouin A., Pinay G. , Pivette E. , Regimbeau C. , Ruiz L. , Troccaz O. , Trolard F. , Walter C. et Zida M. 2000, Ty-fon:Typologie fonctionnelle des zones humides de fonds de vallée en vue de la régulation de la pollution diffuse. Rapport de synthèse final pour le PNRZH, INRA, Rennes
Notice explicative
Le module auquel vous allez avoir accès vous permet de visualiser
les zones humides potentielles en Bretagne. Il vous permettra également d'extraire tout ou partie du fichier shape définissant ces zones,
sous forme d'archive compressée, pouvant être importée dans un logiciel de cartographie.
Ce travail est à l'initiative d'Agro-Transfert Bretagne, avec des données issues des travaux d'AgroCampus Rennes et un financement de l'Agence de l'Eau
Il est nécessaire que l'ouverture des popups soit autorisée pour l'url http://agro-transfert-bretagne.univ-rennes1.fr
Bien que la plupart des fonctions auxquelles vous aurez accès sont explicitement commentées dans le module, en voici un bref aperçu :
Ce travail est à l'initiative d'Agro-Transfert Bretagne, avec des données issues des travaux d'AgroCampus Rennes et un financement de l'Agence de l'Eau
Il est nécessaire que l'ouverture des popups soit autorisée pour l'url http://agro-transfert-bretagne.univ-rennes1.fr
Bien que la plupart des fonctions auxquelles vous aurez accès sont explicitement commentées dans le module, en voici un bref aperçu :
: ce bouton permet d'exporter la zone visible à l'écran
du fichier shape des zones humides potentielles, sous forme d'archive compressée.
Attention cependant : lorsque vous êtes en mode zoom initial, et que vous voyez donc toute la Bretagne, si vous activez ce bouton, vous allez amorcer le processus d'extraction du fichier complet des zones humides potentielles, celui-ci pesant environ 60 Mo !
: ce bouton permet d'augmenter le zoom de la carte.
: ce bouton permet de diminuer le zoom de la carte.
: ce bouton permet de réinitialiser le zoom de la carte,
donc de revenir à la vue générale de la Bretagne.
: quand il est en mode activé (par un clic dessus), le fond de ce bouton devient jaune
, et la souris vous permet alors de délimiter un cadre précis sur la carte, et d'afficher le contenu de ce cadre.
: ce bouton est en mode activé par défaut, et un déplacement de la souris sur la carte, bouton gauche enfoncé, vous permet de déplacer
simultanément la carte, selon le même mouvement que votre souris. Ce bouton passera en mode inactif 
, lorsque vous aurez cliqué sur le bouton zoom
délimité précédent, pour afficher une zone précise de la carte.
Un double clic du bouton gauche de la souris, n'importe où sur la carte, revient à la même commande que .
- Un clic du bouton gauche de la souris sur l'icone
symbolisant l'emplacement d'une préfecture ou sous-préfecture, entraînera l'ouverture
d'une petite fenêtre comportant des renseignements sur la ville en question.
- Un menu à droite du module vous permettra de choisir quel fond et quelle(s) couche(s) vous souhaitez voir afficher.
- Des formulaires complémentaires vous permettront d'ajuster la largeur du module en fonction de votre écran, et/ou d'accéder à une zone précise dont vous connaissez les coordonnées en Lambert 2 étendu (en m).
Cette dernière option est réalisable par la saisie de 4 coordonnées de 4 points selon le schéma suivant :
- Un curseur vous permettra d'affiner l'opacité des couches.