Academic literature on the topic 'Directives cadre Européenne sur l'eau'

A l'interface entre terre et mer, les zones humides littorales sont des environnements dont le fonctionnement écosystémique est contraint par les forçages climatiques et anthropiques. Par le biais des directives européennes et des plans de gestion, ces milieux sont suivis et cartographiés à échéance régulière dans le but d'asseoir leur état écologique. Différentes stratégies de cartographie basées sur l'exploitation d'images satellite sont adoptées selon les objectifs à atteindre : (1) cartographie exhaustive des faciès/habitats intertidaux (type Natura 2000), (2) cartographie de l'herbier à Zostera noltii (Directive Cadre sur l'Eau), (3) cartographie des habitats des prés-salés, (4) suivi de l'évolution naturelle des paysages et de la végétation en lien avec des événements accidentels ou volontaires (actions de dépoldérisation). Cet article dresse un panorama des stratégies de cartographie exploitant des données optiques et radar à Haute (SPOT-5) et Très Haute Résolution Spatiale (Pléiades, TerraSAR-X) mises au point pour répondre aux besoins d'observation et d'expertise pour la gestion intégrée des milieux littoraux lagunaires.

L'évaluation de la qualité de l'eau de rivières pose un certain nombre de problèmes non encore résolus. Parmi ceux-là, nous en avons retenu un qui porte sur la méthodologie généralement adoptée pour réaliser cette évaluation et qui est à la base de nombreux autres problèmes. Actuellement en France, ainsi que dans de nombreux autres pays européens, la qualité de l'eau est évaluée à partir de grilles de valeurs limites de paramètres physico-chimiques ou biologiques. L'usage de telles grilles sous-entend que les paramètres qui la composent sont indépendants les uns des autres alors qu'il n'en est rien. En effet, il est indispensable de considérer les milieux aquatiques comme étant des systèmes chimiques, physiques et biologiques plus ou moins éloignés de leurs états d'équilibre et pour lesquels les paramètres qui les décrivent, considérés à un instant donné, sont liés les uns des autres par des relations qui évoluent avec leurs états. En plus du problème précédent, il faut rappeler que toute évaluation de l'état d'une masse d'eau (au sens de la Directive Cadre européenne sur l'Eau (DCE)) nécessite que soit précisé au préalable un état de référence. La diversité, hors anthropisation, des milieux aquatiques pose alors le problème du choix de telles références. Ce travail qui a pour cadre un cours d'eau du centre de la France (la Vienne) s'inscrit donc en partie dans cette double problématique. S'appuyant sur un suivi analytique mensuel en huit points, réalisé au cours d'une période de 27 mois entre 1999 et 2002, nous avons tenté de montrer que la méthode bien connue de l'analyse en composante principale (ACP) avec étude des corrélations, pouvait, moyennant quelques préalables, être un outil permettant de préciser avec une bonne objectivité l'état, ainsi que l'évolution spatio-temporelle de ces eaux. Nous avons également tenté de montrer que l'un de ces préalables était la prise en compte dans l'ACP de variables caractéristiques de la matière organique dissoute (MOD). Les paramètres classiques actuellement utilisés, en particulier par le système français d'évaluation de la qualité de l'eau (SEQ-Eau), qui sont essentiellement minéraux, ne suffisent pas à eux seuls pour expliquer et mettre en évidence les effets liés aux apports anthropiques. Dans cette étude, nous nous sommes donc attachés de différentes manière à montrer sur ce milieu, que les représentations ACP prenaient en compte les principales observations connues comme liées aux rejets polluants.

Le 23 octobre 2000 le Parlement européen a adopté la Directive Cadre européenne sur l'Eau (2000/60/CE), directive qui règlemente pour l'ensemble des États membres de l'Union européenne la protection globale de la ressource en eau. La DCE repose sur l'articulation étroite de trois principes généraux chargés d'organiser la gestion de l'eau des États-membres. Le premier principe est une exigence de résultats exprimée par l'obligation d'atteindre " le bon état écologique " des eaux à l'échéance de 2015, 2022 et 2027. Le second principe affiché par la DCE est la prise en compte explicite des enjeux économiques par une internalisation des coûts visant, - selon le principe pollueur-payeur - à faire assumer la charge financière des dégradations de l'eau par les usagers qui en sont jugés responsables. Le troisième principe de la DCE est celui d'une participation des parties prenantes à la définition des politiques de l'eau, exprimé par l'obligation de consultation du public. Prévue dans l'article 14 de la DCE, cette consultation vise à ce que les Programmes De Mesures (PDM) de chaque bassin hydrographique soient systématiquement soumis aux observations du public à diverses étapes de l'élaboration et de l'évaluation des résultats. La prise à témoin du public dans la politique de l'eau est interprétée à la fois comme réponse politique à la défiance des citoyens vis-à-vis autorités politiques (en particulier européennes) permettant de renforcer la réactivité des gouvernants, et également comme une composante de la nouvelle gestion publique visant à substituer à la régulation étatique classique des règles gestionnaires d'arbitrage entre les différentes parties-prenantes des enjeux environnementaux. Le dispositif de recherche sociologique s'appuie sur plusieurs niveaux d'analyse : un examen comparé des déclinaisons nationales de la transposition de la DCE en France et aux Pays-Bas, analysées en termes de configurations institutionnelles, et une recherche portant sur la conception, le déroulement et les effets produits par la consultation - appréhendée comme un instrument d'action publique - telle qu'elle s'est déroulée, entre 2004 et 2009.

"Les communautés aquatiques (algues, invertébrés, poissons) sont utilisées depuis plusieurs décennies pour évaluer la qualité biologique des cours d'eau. Des méthodes pratiques pour calculer des indices biotiques ont été conçues (ex. Indices basés sur la diversité des macroinvertébrés), et adaptées pour être appliquées en routine par les gestionnaires des milieux aquatiques. Ces méthodes standardisées ne tenaient pas compte d'un référentiel correspondant à l'état "normal" des communautés concernées. Les approches récentes basées sur le concept de l'intégrité de l'écosystème et sur la biodiversité semblent plus prometteuses pour la gestion intégrée de l'eau. Au cours de la dernière décennie, la Directive Cadre Européenne sur l'eau 2000/60/CE (DCE) a ainsi suscité un nombre important de travaux qui ont conduit à une redéfinition d'outils de bioindication prenant en compte la notion d'écart à la référence. Les méthodes de diagnostic écologique à présent en vigueur en Europe continentale ne sont cependant pas directement transférables aux Départements et Territoires d'Outre Mer, où les contextes biogéographiques et climatiques d'une part, et le manque de connaissance de la faune d'autre part, ne permettent pas d'appliquer les protocoles prescrits. Nous avons développé un indice de bioindication DCE-compatible adapté aux rivières de la Guadeloupe. Le développement de cet indice a nécessité plusieurs étapes au préalable, il a fallu approfondir la connaissance de la faune, pour ensuite définir une biotypologie sur la Basse-terre de la Guadeloupe. Nos résultats mettent en évidence l'importance de l'occupation du sol et la géomorphologie dans la définition de trois sous-régions écologiques (clusters) pour les invertébrés benthique. A partir de ce travail, il a été possible de créer un indice multi-métrique (IBMA-971) pour évaluer la qualité écologique des rivières. Parmi 411 métriques (transformées en ratio de qualité écologique), nous avons selectionné les métriques présentant une forte efficacité de discrimination, une faible spécificité et une forte stabilité en condition de référence. Cet indice se compose de 6 métriques issues de la diversité taxonomique, de la richesse, de l'abondance et de la préference pour un substrat. A partir d'un jeu de donnée test, nous avons trouvé que l'IBMA-971 était sensible à un large panel d'impacts anthropiques. Cet indice montre qu'il est applicable aux îles voisines dans la même région biogéographique. En parallèle, une étude de prélèvement alternative des macroinvertébrés a été testée avec cet indice pour la première fois dans les Antilles. Nos résultats mettent en évidence que les substrats artificiels peuvent permettre d'accéder rapidement à la qualité écologique d'une rivière, ce qui peut être une méthode prospective pour des études pilotes. "
Aquatic communities (algae, invertebrates, fish) have been used for decades to assess the biological quality of rivers. Practical methods to calculate biotic indices have been designed (e. G. , based on macroinvertebrate diversity indices) to be applied routinely by managers of aquatic environments. These standardized methods did not reflect a repository corresponding to the "reference" state of the communities to be expected under natural conditions. . During the last decade, the European Water Framework Directive 2000/60/EC (WFD) has prompted a large number of works that have led to a redefinition of biomonitoring tools. One of the newer approaches to assessing the ecological quality of rivers within the Framework is the Reference Condition Approach (RCA), where ecological health is defined in terms of similarity to an undisturbed ("reference") state. Although new, RCA-based bioassessment tools are now implemented in continental Europe, these methods are not directly transferable to EU's Overseas Territories, where biogeographic and climatic conditions on the one hand, and lack of knowledge of the fauna on the other hand do not allow to apply current EU standards. We designed a WFD-compliant biomonitoring index adapted to rivers of Guadeloupe (French Lesser Antilles). The development of this index required to deepen our knowledge of the fauna, and then to define a biotypology of rivers. Our results highlight the importance of land use and geomorphology in the definition of three ecological sub-regions (clusters) for benthic invertebrates. Based on this work, it was possible to create a multi-metric index (IBMA-971) to evaluate the ecological quality of rivers. Among 411 metrics (transformed into ecological quality ratio), we selected metrics with a high efficiency of discrimination, poor specificity and high stability under reference conditions. This index consists of 6 metrics derived from taxonomic diversity, richness, abundance and preference for substratum types. From a set of test data, we found that the IBMA-971 was sensitive to a wide range of anthropogenic impacts. This index proved applicable to islands from the same biogeographical region. In addition, an alternative (cost-effective and less time consuming) sampling method for the calculation of the IBMA was tested. Our results demonstrate that artificial substrates allow a quick assessment of ecological quality in Guadeloupe

La qualité des services écosystémiques qu'offrent les lacs est liée à la structure et au fonctionnement de leur écosystème. Protéger leur masse d'eau est devenu un objectif global qui requiert une meilleure compréhension de leur fonctionnement, un suivi et une évaluation de leur qualité. Expliquer les hétérogénéités spatio-temporelles des variables physico-chimiques et du phytoplancton est un problème récurrent rencontré en écologie et en hydrobiologie. Comprendre la dynamique de ces hétérogénéités est aussi un prérequis essentiel pour évaluer, protéger et restaurer objectivement les écosystèmes lacustres. En ce qui concerne la surveillance, les hétérogénéités spatio-temporelles introduisent des incertitudes sur la représentativité des mesures par rapport à l'entièreté de la masse d'eau qui est donc discutable et doit être vérifiée. En Europe, la directive cadre sur l'eau (DCE) initiée en 2000 définit un cadre pour la gestion et la protection des eaux. La classification des masses d'eau en fonction de leur état écologique est un point important dans l'implémentation de cette directive. Pour les lacs et les retenues, l'évaluation de cet état écologique est basée sur des paramètres biologiques, physico-chimiques et hydromorphologiques. Les indicateurs liés au phytoplancton et aux paramètres physico-chimiques sont calculés à partir de quatre prélèvements réalisés pendant la période d'activité biologique pour une année sur un plan de gestion de six ans. Dans ce contexte, la modélisation tridimensionnelle (3D) et la prise en compte des forçages qui conduisent aux hétérogénéités spatio-temporelles est une condition préalable nécessaire tant en limnologie appliquée que théorique. Cette thèse aborde la complexité du fonctionnement des lacs et la capacité des modèles 3D à reproduire leur fonctionnement. L'apport de la modélisation 3D est présenté i) pour la compréhension du fonctionnement de lacs de différentes tailles, ii) couplée aux observations satellitaires, pour l'étude de l'influence des forçages par le vent et de l'hydrodynamique sur l'abondance et la distribution spatiale de phytoplancton, iii) dans le cadre de la DCE, pour l'évaluation des incertitudes d'une évaluation de l'état écologique d'un plan d'eau. Pour cela, deux modèles 3D ont été créés et analysés, un pour le lac de Créteil (42~ha) et un autre pour le Léman (580~km$^2$). Celui du lac de Créteil a été validé à partir de données à hautes fréquences acquises en trois points du lac. Il reproduit correctement son hydrodynamique complexe, sa structure thermique, l'alternance entre les périodes de stratification et les épisodes de mélange, ainsi que les ondes internes. Le modèle du Léman a été validé en utilisant des données mensuelles et bimensuelles en deux stations de prélèvement du lac. Il reproduit aussi correctement son hydrodynamique et la variabilité saisonnière de paramètres physico-chimiques et biologiques. Les résultats des simulations mettent en avant les mécanismes physiques et hydrodynamiques responsables de l'apparition de sites où la biomasse de phytoplancton observée est plus élevée. Dans le cadre de la DCE, ces résultats montrent aussi une variabilité spatiale importante des sous-états écologiques basés sur les différents paramètres qui dépendent du choix des dates des campagnes de mesure et du point d'échantillonnage. Ces résultats ont aussi été utilisés pour estimer la représentativité d'une station de prélèvement. Les résultats de cette thèse i) confirment que le fonctionnement des plans d'eau de toute taille est complexe et que les processus physiques génèrent des hétérogénéités spatio-temporelles, ii) suggèrent que le vent et l'hydrodynamique influencent significativement l'abondance et la distribution spatiale du phytoplancton et que iii) ces hétérogénéités peuvent biaiser notre estimation du statut écologique des plans d'eau dans le cadre de la DCE
The quality of ecosystem services provided by lakes is related to the ecosystem structure and functioning. Protecting water bodies is therefore a global goal that requires a better understanding of their function, a monitoring and a water quality assessment. Explaining spatio-temporal heterogeneities of physico-chemical parameters and phytoplankton has been a recurrent ecological and hydrobiological issue. Understanding the dynamics of these heterogeneities is an essential prerequisite for objectively assessing, protecting and restoring freshwater ecosystems. Moreover, three-dimensional (3D) and taking into account and drivers of these heterogeneities are essential prerequisites for theoretical and applied limnology. Concerning the monitoring, spatio-temporal heterogeneities are responsible of uncertainties on the representativeness of the data versus the whole lake which might be questionable and needs to be verified. In Europe, the Water Framework Directive (WFD) initiated in 2000 defines a framework for managing and protecting water bodies in Europe. The classification of water bodies into ecological status is a key issue for the implementation of that framework. For lakes and reservoirs, the assessment of this status is based on biological, physico-chemical and hydro-morphological indicators. Physico-chemical and phytoplankton indicators are calculated based on four observations at an unique sampling station over the growing season, this evaluation being assessed one year for a six-year management plan. In this context, this thesis focuses on the complexity of lakes functioning and the capability of three-dimensional (3D) models to reproduce their functioning. The contribution of 3D models is presented i) for understanding the functioning of lakes of different sizes, ii) coupled to satellite observations, for studying of the influence of wind forcing and hydrodynamics on phytoplankton abundance and spatial heterogeneities, iii) in the context of the WFD, for assessing uncertainties in the lake ecological status assessment. To do that, two 3D models have been created and analyzed, one for Lake Créteil (42 ha) and another for Lake Geneva (580 km2). Lake Créteil 3D model was validated by using high frequency data recorded at three stations. It reproduces well the complex hydrodynamic functioning of the lake, its thermal structure, the alternation between thermal stratification episodes and mixing events, and internal waves. Lake Geneva 3D model was validated by using monthly and bimonthly data at two stations. It reproduces also properly the hydrodynamic functioning of the lake and the seasonal variability of biological and physico-chemical parameters. Simulation results highlight physical and hydrodynamic mechanisms responsible for the occurrence of seasonal hot-spots in phytoplankton abundance. In the context of the WFD, simulation results show also a strong spatial variability of lake ecological status depending on the timing of the four sampling dates as well as the location of the sampling station. These results were also used to assess to representativeness of sampling stations. The results of this thesis suggest that i) the functioning of lakes of different sizes is complex and physical processes generates spatio-temporal heterogeneities, ii) wind and hydrodynamics influence the abundance and the spatial distribution of phytoplankton et iii) spatio-temporal heterogeneities can bias our evaluation of lake ecological status in the WFD

Même si la réduction des apports de nutriments dans les écosystèmes aquatiques est généralement envisagée avec des approches « effects-based », ce n’est pas le cadre qui a été suivi dans cette thèse. En effet, dans une démarche de développement durable, il semble plus pertinent, de définir des mesures de contrôle de la pollution agissant sur les relations de cause à effet. Selon cette logique, la méthodologie proposée par la Directive Cadre sur l’Eau (DCE) pour protéger les écosystèmes aquatiques présente plusieurs faiblesses. Par le fait qu’elle réfère à certains principes de l’économie standard de l’environnement, l’analyse économique de la DCE pose plusieurs problèmes pour agir sur la causalité de la pollution. Néanmoins, la méthodologie proposée par la DCE est pertinente par le fait qu’elle recommande l’utilisation combinée de mesures techniques et d’instruments pour diminuer les dommages environnementaux. Conformément à cette disposition, l’effet de mesures techniques et d’instruments sur le secteur agricole et sur la chaine alimentaire l’englobant a été évalué puisque cette dernière est responsable de la majorité des émissions diffuses et ponctuelles d’azote et de phosphore dans les eaux de surface. La définition de mesures techniques en fonction de l’efficience de l’utilisation des nutriments (Nutrient Use Efficiency, NUE) dans la production agricole a été complétée par l’étude des instruments économiques utilisés dans la Politique Agricole Commune (PAC) pour développer une agriculture multifonctionnelle. Si la thèse concerne de manière générale l’eutrophisation des écosystèmes aquatiques, elle se penche plus particulièrement sur les pressions au sein du bassin de l’Escaut et sur leurs impacts jusqu’à la zone côtière de la mer du Nord. Des mesures techniques agissant sur les causes des émissions diffuses du secteur agricole et sur les émissions ponctuelles des stations d’épuration ont été proposées pour ce bassin. Ces mesures techniques ont été caractérisées prioritairement par leur efficacité environnementale (grâce aux modèles Sénèque-Riverstrahler et MIRO) et en fonction de leurs coûts directs.

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Although reducing the load of nutrients in aquatic ecosystems is usually looked at through "effects-based" approaches, this is not the context which this paper has chosen to follow. In fact, keeping in line with sustainable development, it seems more relevant to define measures to control pollution which act on cause and effect relations. According to this way of thinking, the methodology proposed by the Water Framework Directive (WFD) to protect aquatic ecosystems presents a number of weaknesses. By the fact that it refers to certain standard economic principles for the environment, the WFD’s economic analysis poses several problems towards acting on the cause of the pollution. Nevertheless, the methodology proposed by the WFD is relevant, as it recommends the combined use of technical measures and of instruments to reduce environmental damage. In accordance with this disposition, an assessment has been made of the effect of technical measures and instruments on the agricultural sector and on the food chain encompassing it, since the food chain is responsible for the majority of diffuse and point emissions of nitrogen and phosphorus in surface waters. The definition of technical measures in terms of efficient use of nutrients (Nutrient Use Efficiency, NUE) in agricultural production has been complemented by a study of economic instruments used in the Common Agricultural Politicy (CAP) to develop a multifunctional type of agriculture. Although the paper deals with the eutrophication of aquatic ecosystems in a general way, it concentrates particularly on the increasing pressures in the Scheldt basin and on their impacts as far as the North Sea coastal zone. Technical measures acting on the causes of diffuse emissions in the agricultural sector and on point emissions in the water treatment plants have been proposed for this basin. These technical measures have been categorised in order of priority according to their environmental effectiveness (thanks to the Sénèque-Riverstrahler et MIRO models) and depending on their direct costs.
Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique
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Selon la Directive Cadre européenne sur l'Eau (DCE), le bon état écologique de tous les milieux aquatiques devra être atteint d'ici 2015. Cet état s'évalue en grande partie au moyen de paramètres biologiques, eux-mêmes régis par les conditions physico-chimiques et hydromorphologiques des masses d'eau. Pour atteindre les objectifs de la DCE, l'évaluation de l'état physique du réseau hydrographique apparaît comme une phase essentielle alors que cette question relève encore pour certains aspects de la recherche fondamentale. La mise en oeuvre de cette étape à l'échelle du bassin du Rhône entraîne un certain nombre de questions scientifiques auxquelles il est nécessaire de répondre avant d'envisager toute application. En effet, les connaissances dans les domaines de la géomorphologie ou de l'hydrologie sont aujourd'hui suffisantes à l'échelle locale pour envisager de régionaliser ce type d'informations. Cependant le changement d'échelle est à l'origine de contraintes méthodologiques importantes liées notamment à la très grande hétérogénéité des milieux à caractériser.L'objectif de cette thèse est donc double. D'une part, il s'agit de mettre en place des outils géomatiques permettant d'obtenir une vision globale et homogène des caractéristiques physiques du réseau hydrographique. Pour cela, nous proposons (i) de développer une méthodologie d'extraction de l'information à partir de données vectorielles ou rasters, et (ii) de définir des indicateurs pertinents de caractérisation hydrogéomorphologique. D'autre part, ces outils et cette méthode ont été testés et appliqués sur le réseau hydrographique du Rhône afin d'évaluer leur efficacité et de proposer des éléments fiables de caractérisation des conditions physiques à large échelle.

Les données issues de la surveillance des rivières sont volumineuses, avec des relations complexes. Des méthodes de fouille de données non supervisées peuvent s’y appliquer et donner des résultats pertinents pour leur gestion, sous réserve d’une collaboration étroite entre hydroécologues et informaticiens. L’extraction de motifs partiellement ordonnés à partir de séquences temporelles de pressions physico-chimiques précédant un état biologique a été réalisée. Ces motifs temporels permettent d’identifier une partie des pressions en cause dans un état écologique dégradé ou non, de préciser l’importance de la durée des séquences avant l’évaluation de l’état biologique, d’identifier les altérations caractéristiques à l’échelle d’une hydro-écorégion. A terme nous envisageons d’élargir ces motifs aux pressions hydromorphologiques
Data from the assessment of river are big data, with complex relationships. Unsupervised data mining methods can be applied on them and give relevant results for their management, if a close collaboration exists between hydroecologists and computer scientists. The extraction of partially ordered patterns from temporal sequences of physicochemical pressures preceding a biological state has been achieved. These temporal patterns allow to identify a part of the pressures involved or not in a degraded ecological status, to specify the importance of the sequences time-length before a biological assessment, to identify the characteristic pressure categories at a regional scale. To go further, we plan to extend these patterns to hydromorphological pressures