Influence du couvert végétal sur l'hydrologie des crues, modélisation à validations multiples

La modélisation présentée ici a subi une double validation : expérimentale, par exploitation de bassins fortement contrastés en végétation, et méthodologique, par exploitation simultanée d'un modèle régional (descriptif synthétique) à démarche ascendante (QdF) et d'un modèle conceptuel global à démarche descendante (GR3J). Le bassin versant de l'Ardières à Beaujeu (54,5 km2) est un petit bassin versant montagneux, recouvert sur 90 % de sa superficie d'une forêt de sapins, de feuillus ainsi que de prairies et sur les 10 % restants de vignobles. A proximité de celui-ci, le bassin versant de la Vauxonne à Buyon (49,3 km2), dont 70 % de la superficie sont plantés en vigne et 30 % sont occupés par la forêt et les prairies, présente des crues bien différenciées, de celles de son voisin, en général plus rapides et deux fois plus intenses. Nous pouvons penser que cette différence de comportement hydrologique est liée au mode d'occupation des sols et plus précisément au système sol-végétation. Dans un premier temps, nous montrons que la paramétrisation des modèles, fortement différenciée d'un bassin versant à l'autre, est la "signature" (toutes choses égales par ailleurs) du rôle joué par l'entité végétale sur les crues observées. Dans un deuxième temps, l'exemple de simulation choisi permet de quantifier et de comparer, pour une même pluie "fictive" d'entrée, le comportement hydrologique en crue d'un petit bassin (environ 50 km2) forestier ou vignoble, dans un contexte pluviométrique bien différencié, de type océanique ou continental alpin. (Résumé d'auteur

L'impact des prélèvements d'eau pour l'irrigation sur les régimes hydrologiques des sous-bassins du Tescou et de la Séoune (bassin Adour-Garonne, France)

Les besoins en eau pour l'irrigation des cultures des sous-bassins du Tescou et de la Séoune (Bassin Adour-Garonne) se sont considérablement accrus ces trente dernières années. Cela s'est manifesté, entre autres, par la création de très nombreuses retenues collinaires. Pour le sous-bassin du Tescou, aux crues rapides et peu volumineuses, on totalise 184 retenues individuelles dont le volume théorique cumulé s'élève à 4,3 Mm3 et qui interceptent environ un tiers (92 km2) de sa superficie (287 km2). Pour la Séoune, la pression due à l'usage de l'eau pour l'irrigation est un peu moins forte, compte tenu de sa taille (463 km2) et d'une ressource relativement abondante en hautes eaux. Près de 160 retenues collinaires sont dénombrées, elle représentent un volume de stockage théorique de 6,5 Mm3 pour une superficie interceptée d'environ un quart du sous-bassin (122 km2). Le suivi hydrométrique des sous-bassins permet de disposer pour chacun d'eux d'une chronique de débit influencée Q(t) sur une période d'observation d'environ 30 ans. A partir des débits observés, notre objectif a été d'identifier et de quantifier l'impact anthropique pour trois composantes du régime hydrologique : crue, module et étiage. L'approche saisonnière des crues et modules a permis une différenciation de l'impact anthropique selon les saisons "hiver" (mois 12 à 6) et "été" (mois 7 à 11). Cette saisonnalisation hydrologique reflète bien le mode de gestion actuel de la ressource en eau de ces sous-bassins agricoles : stockage l'hiver et irrigation à partir des retenues collinaires durant les premiers mois d'été. Pour identifier l'impact, nous avons fait usage de tests de détection de rupture de stationnarité des chroniques hydrologiques : de LANG (2004) pour les crues et d'une adaptation du test de BOIS (1986) pour les modules et étiages des sous-bassins. Pour ce qui concerne les crues d'été et les modules d'été les tests montrent que les chroniques sont stationnaires sur l'ensemble de la période d'observation. Pour les crues et les modules d'hiver par contre, les tests relèvent des ruptures de stationnarité des chroniques qui vont nous permettre de définir des sous-périodes stationnaires. Ces sous-périodes sont sensiblement cohérentes avec l'évolution des prélèvements théoriques cumulés de ces trente dernières années. L'analyse des ruptures de stationnarité menée sur les débits a été de même effectuée sur les pluies pour consolider nos résultats. La stationnarité des chroniques de pluie observées montre qu'il n'y a pas de composante climatique, autrement dit que la tendance détectée sur les débits est essentiellement d'origine anthropique. Il ne semble pas y avoir d'impact des éventuels pompages sur les débits d'étiage et tout particulièrement pour ce qui concerne la norme VCN30 "débit moyen minimum annuel sur 30 jours consécutifs" des deux sous-bassins. Finalement, l'usage de l'eau pour l'irrigation affecte essentiellement les crues et les modules de la saison hiver. Un essai de quantification de cette tendance a été menée à partir d'une analyse statistique associant les observations des sous-périodes stationnaires et les débits simulés pour une même référence pluviométrique. A partir des modélisations statistiques réalisées et des courbes de pression des besoins théoriques de l'irrigation, nous en avons déduit une tendance vraisemblable sur les quantiles de crue et les modules d'hiver. De manière générale, les crues de la saison hiver des deux sous-bassins sont fortement réduites en pointe et volume par l'ensemble des petites retenues. L'impact observé sur les quantiles de crue reste cohérent par rapport aux volumes théoriques prélevés dernièrement référencés. Les retenues collinaires sont sans action significative sur le temps de transfert (19j environ) du sous-bassin de la Séoune dont les crues sont volumineuses. Pour le Tescou par contre, aux crues rapides et peu volumineuses, le temps de transfert augmente sensiblement de 8h entre l'état de prélèvement zéro ("naturel" : 1,73j) et l'état actuel proche de 6 Mm3 (2,07j). Pour ce qui concerne les modules d'hiver des sous-bassins de la Séoune et du Tescou le coefficient d'écoulement moyen d'hiver diminue respectivement de 31% en moyenne et de 42% en moyenne entre l'état "naturel" et l'état anthropisé actuel. Cette diminution des coefficients d'écoulement est sans commune mesure avec les volumes théoriques stockés à partir des retenues collinaires. Autrement dit, les volumes théoriques des retenues collinaires ne peuvent expliquer à eux seuls la forte diminution des coefficients d'écoulement observés. Cependant, la cohérence des divers contrôles effectués, tant sur les chroniques observées que sur les modélisations effectuées, nous incitent à valider ces résultats. Ceux-ci devraient être retenus pour des objectifs de gestion immédiats ou ultérieurs de la ressource, si les conditions climatiques et d'occupation du sol n'évoluent guère.The water needs for farming irrigation in the Tescou and Séoune sub-basins (Basin Adour-Garonne) have increased considerably over the past thirty years. The needs were met, in part, by the creation of numerous reservoirs. For the Tescou catchment, with rapid but small-volume floods, we have 184 individual reservoirs with an accumulated theoretical volume of 4.3 Mm3, which intercept about a third (92 km2) of its surface (287 km2). For the Séoune catchment, the need for irrigation is a little less strong, considering its size (463 km2) and the presence of a relatively more abundant water resource. Close to 160 reservoirs can be counted, with a theoretical storage volume of 6.5 Mm3 for an intercepted surface of about a quarter of the sub-basin (122 km2). Hydrological monitoring data are available in the form of an influenced time series Q(t) with a period of observation of about 30 years for each sub-basin. From the observed discharges, our objective was to identify and to quantify anthropogenic impacts on three components of the hydrological regime: floods, annual mean discharge and low-flows. The seasonal approach of floods and annual mean discharges permitted a differentiation of the anthropogenic impact according to the "winter" (months 12 to 6) and "summer" (months 7 to 11) seasons. This approach reflects the present management of water in these agricultural sub-basins: storage in winter and irrigation during the first months of summer. To identify the impact, we used tests to detect stationnarity breaks in the time series: LANG (2004) for floods and an adaptation of BOIS (1986) for annual mean discharges and low-flows. For summer floods and summer annual mean discharges, the tests showed that the time series were stationary during the period of observation. For winter floods and winter annual mean discharges the tests showed stationnarity breaks in the time series, which allowed us to define the stationary sub-periods. These sub-periods were consistent with the evolution of the accumulated theoretical withdrawals during the last thirty years. The same analysis of stationnarity breaks made on flows was also done on rainfall to strengthen our results. The stationnarity of the rainfall observed over the time series shows that there is not a climatic component; in other words, the trends detected in the streamflow record are essentially of anthropogenic origin. For both sub-basins, the BOIS statistical test did not reveal any impact of possible pumping on the low-flows, and especially for the VCN30 norm (minimum annual mean flow over a period of 30 consecutive days).Finally, the use of water for irrigation essentially affects winter floods and annual mean discharges. A test to quantify this trend was carried out with a statistical analysis associating the observations of each stationary sub-period and the discharges simulated for a similar rainfall. From the resulting statistical models and the curves of pressure of theoretical irrigation requirements, we deduced a probable trend for the quantiles of winter floods and mean annual winter discharges. In a general way, winter floods in both sub-basins were strongly reduced in peak and volume by the set of the small reservoirs. The impact observed on the flood quantiles remains coherent in relation to the theoretical withdrawal volumes referenced above. The reservoirs are without significant action on the transfer time (approximately 19 days) in the Séoune sub-basin, where the floods are voluminous. On the other hand, for the Tescou sub-basin, with rapid and small-volume floods, the time of transfer increases considerably (8 h) between the state of zero withdrawal (natural: 1.73 days) and the present state close to 6 Mm3 (2.07 days). Concerning winter annual mean discharge in both sub-basins, the winter mean runoff coefficient decreased 31% and 42%, for the Séoune and Tescou sub-basins respectively, between the natural state and the present state. This reduction of the runoff coefficients does not correspond to the theoretical volumes stocked in the reservoirs. In other words, the theoretical volumes of the reservoirs cannot completely explain the observed strong reduction of the runoff coefficients. However, the consistency of the various controls, both on the observed time series and the modelled results, lend credibility to the overall results. These results should be taken into consideration in water management, if the climatic conditions and soil occupation don't change

Effects of combined sewer overflows on a periurban stream ecosystem: Methodological approach

International audienceHere we develop from a long term field experiment an assessment method of interstitial fauna resilience to combined sewer overflows (CSOs) effect. We address the case of small water courses for which the ratio of CSOs to natural flow can be 1 to much more. Biotic material was collected in the benthic and hyporheic layers. Biotic material focussed mainly on oligocheates species whose diversity, species category and abundance are resumed into metrics, called functional traits (FTrs), giving indications on flux dynamics and nutrient bio-assimilation capacity. The biotic resilience is assessed through the analysis of the response time of the biota to CSOs and natural flow characteristics, here called hydrological indices (HIs). In this aim, a series of hydrological indices are defined to reveal varying aspects of the dynamics of CSOs and natural flows. A main result is that CSOs can have both degrading and boosting effects on the biota of a stony stream. Some CSOs characteristics can explain the physical processes supporting these contrasting effects. In particular the geomorphic characteristics of the water course. Management perspectives emerge from the CSOs hydrological indices and resilience of the biota

A revised instrument for the assessment of empathy and Theory of Mind in adolescents: Introducing the EmpaToM-Y

Empathy and Theory of Mind (ToM) are two core components of social understanding. The EmpaToM is a validated social video task that allows for independent manipulation and assessment of the two capacities. First applications revealed that empathy and ToM are dissociable constructs on a neuronal as well as on a behavioral level. As the EmpaToM has been designed for the assessment of social understanding in adults, it has a high degree of complexity and comprises topics that are inadequate for minors. For this reason, we designed a new version of the EmpaToM that is especially suited to measure empathy and ToM in youths. In experiment 1, we successfully validated the EmpaToM-Y on the original EmpaToM in an adult sample (N = 61), revealing a similar pattern of results across tasks and strong correlations of all constructs. As intended, the performance measure for ToM and the control condition of the EmpaToM-Y showed reduced difficulty. In experiment 2, we tested the feasibility of the EmpaToM-Y in a group of teenagers (N = 36). Results indicate a reliable empathy induction and higher demands of ToM questions for adolescents. We provide a promising task for future research targeting inter-individual variability of socio-cognitive and socio-affective capacities as well as their precursors and outcomes in healthy minors and clinical populations

From Research to Operational Biomonitoring of Freshwaters: A Suggested Conceptual Framework and Practical Solutions

International audienceThe contradictory demands of managers (quick relevant operational responses) and ecologists (need time for in-depth research) involved in freshwater biomonitoring are still relevant today. To contribute to solving this dilemma, we are proposing a novel biomonitoring approach, which among many others, could be used in this field and further developed in the future. Biomonitoring actions are integrated in conceptual schemes, in which hydrology, chemistry, hydrogeology and geomorphology bear as much importance as biology. Among biomonitoring tools, a harmonization system allows end-users to use a set of qualitative indicators (various biotic indices) and integrate the information given by individual biotic indices. Functional traits and calculation of an ecological potential in porous aquatic habitats (surficial coarse sediments and the hyporheic system) are regarded as a basis for assessing ecological functioning of streams and rivers. This last methodology takes into account the dynamics of water exchanges between surface water and groundwater. Objectives of ecological quality, ecological potentials and resilience capacity that need to be preserved or rehabilitated in aquatic habitats are established. In lakes, a similar approach was followed and a general typology of lake functioning was proposed, including that for urban lakes. All those biomonitoring tools are transferred to end-users and subject to further research. The final purpose is to promote practical high-tech tools which are continually and interactively connected with ongoing research