Modélisation thermohydraulique d’un tronçon de Garonne en lien avec l’habitat piscicole : approches statistique et déterministe

Abstract

Les espèces de poissons migrateurs (saumon atlantique, Salmo salar, en particulier) requièrent des conditions thermiques bien spécifiques. Ils sont très sensibles aux températures de l’eau et aux fortes variations estivales. Sur les trente dernières années, l’étude menée sur la Garonne (France) révèle une augmentation des températures estivales associée à un allongement de la durée des périodes chaudes. L’impact de cette modification du régime thermique sur la survie et la reproduction des espèces migratoires est également mis en évidence. Cette étude est menée sur un tronçon de Garonne, situé entre l’amont de Toulouse et l’amont de la retenue deMalause. Ce secteur est fortement touché par cette problématique avec en moyenne 2°C d’écart entre l’amont et l’aval et des températures supérieures à 25°C régulièrement atteintes. Le régime hydrologique de ce tronçon est fortement déficitaire (selon le SDAGE Adour-Garonne), la sensibilité au flux de surface est forte à cause de son lit large et peu profond, les pressions anthropiques sont importantes, ce sont autant de pistes dont l’impact sur le régime thermique est étudié. Une large collection de données hydrologiques et climatiques est exploitée afin de déterminer les processus en jeu dans l’évolution du régime thermique de ce tronçon de fleuve. Des études en tendances et corrélations et des modèles statistiques permettent de mettre en évidence d’une part la relation forte qui existe entre les températures de l’air et les températures de l’eau et d’autre part l’importance des faibles débits durant les périodes estivales. L’estimation des moyennes journalières de température de l’eau à Malause au moyen de modèles statistiques et déterministes donne de bons résultats pour les températures élevées ainsi que pour les franchissements de seuils liés aux conditions de migrations des amphilalins. Enfin un modèle numérique monodimensionnel de résolution de l’équation de transport thermique et des équations de St-Venant est développé. La physique du modèle tant au niveau hydraulique (prise en compte de fortes variabilités de pente, d’ouvrages, etc.) que thermique (apports latéraux, flux de surfaces, flux de conduction avec le lit) permet d’analyser l’évolution des différents flux qui participent au réchauffement du cours d’eau. Une évolution future à l’aide des sorties des modèles de l’IPCC est explorée et des méthodes éventuelles de restauration des conditions de températures favorables pour les espèces piscicoles sont analysées. ABSTRACT : Fish species with strong thermal requirements (i.e. Atlantic salmon) are very sensitive to temperature evolution and particularly to large increases. An investigation conducted on the Garonne River (France) during the last three decades revealed global water warming along with an increase of the high temperature period duration. Large impact of this evolution on the survival and breeding of migrating fish species was also reported. Study was thus conducted on a specific reach of the Garonne River located between the immediate upstream of Toulouse and the upstream of the Malause dam. The issue of water temperature warming is particularly relevant on this reach, with an average increase of 2°C between upstream and downstream and temperatures above 25°C frequently reported. Potential causes are numerous: drastic low-flow regime (quoting SDAGE Adour-Garonne), impacts of surface fluxes that are important due to bed shape (wide and shallow), anthropogenic impacts, etc. Large amount of climatic and hydraulic data are used to make a clear determination of the processes involved in the thermal regime evolution of this reach. Trend and correlation analyses and use of statistical models indicate the strong relation between stream temperature and climate. Low flows also seem to be related to water temperatures during summer periods. Statistic and deterministic models give good results in estimating high daily mean water temperatures (RMSE ranging from 0.99°C to 1.22°C) and predicting water temperatures threshold crossings related to the migrating conditions of Atlantic salmon.Finally, a one-dimensional numerical model that solves both shallow water and thermal equations is developed. Both the formulation of the St-Venant equations (high variability in slope, gates …) and the phenomena taken into account in the water temperature model (lateral influx, surface fluxes, bed conduction …) allows studying the evolution of fluxes driving water temperature evolution. Future evolution of the water temperature at the 2050 horizon is also evaluated using IPCC models output and potential solutions to restore favorable stream temperatures conditions for fishes are analyzed