Données sur les ÉTM dans les agrosystèmes et les écosystèmes de France métropolitaine 

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Acquisition et intégration des nouvelles données

La BDGCC est en constante évolution afin d’intégrer les nouveaux développement scientifiques, les centres d’intérêt émergeant ainsi que des mesures récentes. Des données sont donc régulièrement acquises et intégrées dans le BDGCC. Au cours des années 2007 et 2008, les données collectées et compilées ont notamment concerné l’amélioration de la modélisation des charges critiques au niveau de :
– l’impact des pollutions atmosphériques sur la biodiversité végétale ;
– l’existence d’espaces naturels protégés ;
– l’effet des ÉTM sur les agrosystèmes.
Du fait de l’évolution en cours du SGBD (voir § 2.1.2), aucune de ces données n’a été intégrée à la BDGCC. L’état de collecte de l’ensemble des données est indiqué dans la dans les paragraphes qui suivent.

Base de données géographiques de la végétation de la France

L’impact des pollutions atmosphériques, notamment eutrophisantes, sur la biodiversité terrestre, plus particulièrement particulièrement végétale, est reconnu comme une conséquence majeure à intégrer dans les modèles de charges critiques. Pour établir de indicateurs pertinents reflétant les modifications induites sur la biodiversité, il est indispensable de connaître la composition végétale des écosystèmes. Au niveau national, l’amélioration de la modélisation spatiale des charges critiques est bloquée par l’absence d’une carte numérique, à l’échelle du territoire, indiquant la composition de la couverture végétale avec une précision suffisante.
L’Ademe a octroyé, fin 2006, un financement1 à Éco-Lab pour la mise en place d’une Base de Données Géographiques de la VÉGétation de la France (BDGveg) à la résolution de 1/1 000 000. La réalisation de la BDGveg s’appuie principalement sur la numérisation des 64 feuilles constituant la carte de la végétation à 1/200 000 et éditées par le CNRS entre 1949 et 1991 (voir Figure 2.1). La première étape de ce projet a consisté à élaborer de deux couvertures géographique qui sont la base de la réalisation du produit final. Ces deux couvertures, géoréférencées à l’aide de la carte topographique numérique nationale à 1/250 000 de l’Institut Géographique National, couvrent l’ensemble de la France. Il s’agit respectivement : (1) d’une couverture raster informant de l’état de la végétation au moment des relevés cartographiques (1940– 199@) ; (2) d’une couverture vectorielle (format SIG MapInfo et ArcGIS) représentant la végétation dite « potentielle ». La première couverture résulte du scannage et de l’assemblage des 64 cartes de la végétation du CNRS.
La seconde couverture est issue de la vectorisation et de l’assemblage des contours des cartons botaniques associés à chacune des 64 cartes. Une première version de ces couvertures ainsi que de la légende synthétique, compilée à partir des légendes de chacune cartes, a été produite à l’automne 2007 (Leguédois et al., 2008). Cette légende avec la couverture de la végétation « potentielle » constitue la carte numérique de la végétation « potentielle » de la France.
Le croisement de cette carte de la végétation « potentielle » avec des bases de données regroupant des relevés floristiques géoréférencés ont permis d’une part, de valider le travail cartographique et d’autre part, de caractériser l’hétérogénéité floristique des différentes unités cartographiques de la végétation. Ces opérations ont été réalisées grâce à une collaboration avec des phytoécologues2. Les bases de données utilisées dans ce cadre sont :
– la base de données de l’Inventaire Forestier National (IFN) avec 104 000 relevés floristiques couvrant l’ensemble du territoire national forestier ;
– et la banque de données phytoécologiques forestières (EcoPlant) (Gégout et al., 2005) complétée par des relevés issus de la banque de données botaniques et écologiques (Sophy) (Brisse et al., 1995) avec 7 749 relevés classés selon une typologie phytosociologique (Bardat et al., 2004) et concernant le territoire forestier national hors zone méditerranéenne.

Données pour la nouvelle version de la carte numérique des écosystèmes

Dans le cadre de l’appel à données 2007 du PIC M&C, il était demandé de préciser, pour chacun des écosystèmes, leur statut de protection éventuel. Les couches vectorielles, reprenant la  cartographie des différents espaces naturels protégés sur le territoire français, ont été téléchargées depuis le site du Muséum National d’Histoire des écosystèmes et de des limites des espaces protégés il a été précisé, pour chaque polygone d’écosystème, s’il incluait un espace naturel protégé ou non. Différents statuts de protection ont été distingués : espaces protégés au titre de la législation nationale (zones centrales des parcs nationaux, zones en arrêtés préfectoraux de protection de biotope, sites du conservatoire de l’espace littoral et des rivages lacustres, réserves biologiques de l’Office National des Forêts, réserves naturelles, réserves nationales de chasse et de faune sauvage, réserves naturelles volontaires) ou au titre de la directive européenne Natura 2000 en précisant s’il s’agissait de sites d’intérêt communautaire (directive « habitats ») et de zones de protection spéciale (directive « oiseaux »). À terme, ces informations sur les espaces naturels protégés seront utilisées pour réaliser la nouvelle version de la carte des écosystèmes (voir Figure 2.1).

Données sur les ÉTM dans les agrosystèmes et les écosystèmes de France métropolitaine

Pour déterminer les charges critiques en ÉTM sur les agrosystèmes français, il est nécessaire de connaître les flux d’origine anthropique apportés à ces milieux. Un travail récent commandité par l’Ademe (Sogreah, 2007), a permis de réaliser un état des lieux, de définir une méthodologie d’estimation et de quantifier, à l’échelle départementale, ces entrées de contaminants. Les informations nécessaires pour cette quantification ont été collectées et rassemblées au sein d’une base de données au format Access2000. I sabelle Déportes, ingénieur référant à l’Ademe pour ce travail, nous a transmis l’intégralité de cette base de données. Les informations regroupées dans cette base nous permettront, à terme, de créer une nouvelle extension de la BDGCC pour le calcul de charges critiques métalliques sur les agrosystèmes à l’échelle nationale.
Par ailleurs, de nombreuses données sur les ÉTM dans les agrosystèmes de Midi-Pyrénées ont été recueillies dans le cadre du doctorat de Thomas Bur (voir § 3.2.2) qui s’est achevée à la fin de l’année 2008. Ces données concernent :
– les teneurs en ÉTM dans les sols agricoles,
– les pratiques agricoles et les apports d’ÉTM liés,
– les concentrations critiques en Pb et Cd pour la pédofaune ainsi que les teneurs en Pb et Cd dans les végataux cultivés.
Il conviendra d’intégrer ces données dans la BDGCC.
Dans le cadre du doctorat de Laure Gandois se sont les flux et les compartiments des écosystèmes forestiers français qui sont investigués (voir § 3.2.1). Les données, en cours d’analyse, portent principalement sur :
– les dépôts atmosphériques d’ÉTM,
– les teneurs et aux formes chimiques des ÉTM dans les sols,
– les teneurs en ÉTM dans la biomasse forestière.

Amélioration de la description des unités écosystémiques

Les écosystèmes constituent l’unité de base des modèles de charges critiques. La spatialisation des modèles de charges critiques à l’échelle du territoire national s’appuie sur une classification et une cartographie des écosystèmes métropolitains. L’information de base de la BDGCC est donc constituée de la couverture décrivant les limites des écosystèmes et de données descriptives associées. Du fait des demandes de prise en compte de la biodiversité dans les modèles de charges critiques, une description détaillée de ces écosystèmes est, à l’heure actuelle, d’autant plus importante.
La carte des écosystèmes actuellement utilisée dans la BDGCC est le résultat du croisement de la carte pédogéologique (résolution de 1/1 000 000) dérivée de la Base de Données Géographique des Sols de France (BDGSF) et d’une carte de la végétation (résolution de 1/5 000 000) synthétisée à partir de documents cartographiques papier variés (Party, 1999). Elle est donc peu précise en ce qui concerne la composante végétale. Par ailleurs du fait de limitations techniques (puissance limitée du logiciel SIG, MapInfo, utilisé à l’époque) et de restrictions dans l’accès aux données, les informations altitudinales et d’occupation du sol n’ont pas pu être attribuées avec précision pour chacun des écosystèmes. En plus des informations fournies par la nouvelle BDGveg (voir § 2.2.1), l’utilisation d’un SIG plus puissant (ArcGIS) et l’acquisition des données topographiques GTOPO30 (résolution de 1 km) et d’occupation du sol Corine Land Cover 2000 (échelle de 1/100 000) devraient permettre de préciser les caractéristiques de ces écosystèmes. Par ailleurs, le PIC M&C demande que le statut de protection éventuelle soit précisé pour chacun des écosystèmes. Les couvertures vectorielles décrivant les espaces naturel protégés de France ont été téléchargées pour répondre à cette demande.
L’intégration de l’ensemble de ces nouvelles données pour décrire les écosystèmes va nécessiter la réalisation d’une nouvelle version de la carte des écosystèmes de la BDGCC à une échelle plus précise (1/1 000 000 au lieu de 1/5 000 000). Du fait de la prise en compte de nouvelles couches d’information (végétation, espaces protégés, occupation du sol), une nouvelle procédure de définition des écosystèmes doit être déterminée. Ce travail de définition est actuellement en cours. La nouvelle version de la carte devrait pouvoir être produite dès que la BDGveg sera finalisée.
Nous envisageons également, à terme, d’effectuer une validation de cette carte des écosystèmes grâce aux catalogues des stations forestières intégrés dans la base de données EcoPlant.

Travaux sur les charges critiques en éléments traces métalliques

Des cartes préliminaires des charges critiques pour Pb et Cd ont été produites en 2005 par le PFN (Probst et al., 2005a). L’ensemble des résultats transmis par les différents pays à l’échelle européenne étant peu satisfaisants, de nouveaux travaux sur la méthodologie de déterminatio ont été lancés. En particulier, la méthode d’estimation actuelle est basée sur des données pédologiques (voir la synthèse de de Vries et al., 2007b) qui ne prennent pas en compte toute la variété des sols européens, et notamment des sols français.
Dans le cadre du présent projet financé par l’Ademe nous avons proposé de travailler à l’amélioration des méthodes d’estimation des charges critiques en ÉTM au niveau national. Les améliorations méthodologiques et les nouvelles informations acquises viendront alimenter la BDGCC et permettront une estimation plus satisfaisante des charges critiques en ÉTM pour le territoire français. Le PFN s’est engagé à :
– initier et coordonner des projets de recherche et de collaborations en lien avec les charges critiques en ÉTM;
– collecter de données nécessaires à la modélisation des charges critiques en ÉTM;
– bancariser les données recueillies ;
– développer, appliquer et valider de nouvelles méthodes d’estimation des charges critiques en ÉTM;
– participer activement aux travaux européens effectués sur cette thématique dans le cadre de la convention de Genève.
Les travaux sur les charges critiques en ÉTM ont avancé sur trois thèmes prioritaires identifiés dans la demande de financement :
– la mise au point de modèles de charges critiques adaptés aux écosystèmes français faiblement contaminés (forestiers en particulier) notamment en ce qui concerne la répartition des ÉTM entre phases liquide et solide (fonctions de transfert) ;
– le développement des modèles de charges critiques pour les agrosystèmes, en particulier pour les sols agricoles, ces milieux n’étant actuellement pas évalués au niveau national (Probst et al., 2005a) ;
– l’acquisition de données représentatives les milieux agricoles afin d’analyser la sensibilité des modèles développés et de les valider.
Un autre thème de travail, concernant les milieux méditerranéens, avait été proposé dans la demande de financemen.
En effet, comme les milieux agricoles, il s’agit d’une zone qui représente une large proportion du territoire national mais qui n’a pas encore fait l’objet d’estimation des charges critiques. Cependant le projet L’Instrument Financier pour l’Environnement (Life) sur les zones méditerranéennes monté en 2005 avec l’Ente per le Nuove tecnologie, l’Energia e l’Ambiente (Enea) et le Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (Ciemat) n’ayant pas été financé (voir Moncoulon et al., 2007b) et n’ayant pas été soumis à nouveau faute de personnel, les travaux sur cette thématique sont actuellement en sommeil. Par ailleurs, le PFN continue à participer aux activités du groupe d’experts sur les charges critiques en ÉTM du PIC M&C.

Mise au point de fonctions de transfert pour les écosystèmes forestiers français : avancement des travaux de doctorat de Laure Gandois

Dans les sols, les ÉTM se répartissent entre les phases liquide et solide, au sein desquelles ils se trouvent sous différentes formes (i.e. spéciation). En fonction de sa spéciation, un ÉTM n’aura pas le même impact sur les organismes d’un écosystème. Ainsi, la connaissance de la répartition d’un ÉTM entre ces différentes formes, notamment sa concentration en ion libre dans la solution du sol, est une information indispensable pour déterminer les charges critiques (Février-Vauleon, 2000). Or, il est relativement difficile de mesurer directement cette concentration dans la solution du sol. Des modèles empiriques, ou fonctions de transfert, ont ainsi été proposés pour estimer la distribution des ÉTM à partir de paramètres du sol plus facilement mesurables, tels les teneurs totales en ÉTM, le pH, la teneur en matière organique. . .La méthode d’estimation des charges critiques pour les ÉTM s’appuie sur des fonctions de transfert développées à partir de données pour des sols d’Europe du nord (voir Weng et al., 2002; Tipping et al., 2003; de Vries et al., 2007b). La mise au point de modèles de distribution plus adaptés aux sols des écosystèmes français est indispensable pour disposer de méthodes d’évaluation des charges critiques pertinentes.
De telles fonctions de transfert sont développées dans le cadre des travaux de doctorat de Laure Gandois1 réalisé au sein d’ÉcoLab. Ce doctorat porte notamment sur la détermination et la modélisation des paramètres contrôlant la répartition solide / solution (en particulier des ions libres en solution) des ÉTM (Pb, Cd, Cu, Zn, Ni, Cr, Co) dans les sols des écosystèmes forestiers français.

Table des matières

I Préambule 
Table des matières
Acronymes
Référencement du contrat
Résumés
II Rapport
1 Introduction 
1.1 Contexte .
1.2 Historique
2 Gestion et évolution de la base de données géographiques des charges critiques pour la France 
2.1 Gestion technique
2.1.1 Contenu de la BDGCC
2.1.2 Évolution du système de gestion de la base de données
2.1.3 Documentation
2.2 Acquisition et intégration des nouvelles données
2.2.1 Base de données géographiques de la végétation de la France
2.2.2 Données pour la nouvelle version de la carte numérique des écosystèmes
2.2.3 Données sur les ÉTM dans les agrosystèmes et les écosystèmes de France métropolitaine
3 Développements scientifiques et méthodologiques 
3.1 Amélioration de la description des unités écosystémiques
3.2 Travaux sur les charges critiques en éléments traces métalliques
3.2.1 Mise au point de fonctions de transfert pour les écosystèmes forestiers français : avancement des travaux de doctorat de Laure Gandois
3.2.2 Vers une modélisation des charges critiques en ÉTM dans les agrosystèmes
3.2.3 Activités du groupe d’expert sur les charges critiques en ÉTM du PIC M&C
3.3 Travaux sur les charges critiques en azote eutrophisant
3.3.1 Modélisation à l’état stationnaire
3.3.2 Charges critiques empiriques
3.3.3 Vers une approche de modélisation intégrée géochimie-phytoécologie
3.4 Travaux sur les charges critiques en composés acidifiants
4 Valorisation et diffusion des résultats 
4.1 Auprès du PIC M&C
4.1.1 Réponses aux appels à données
4.1.2 Participation aux réunions du PIC M&C
4.2 Auprès de la communauté scientifique
4.2.1 Participation aux comités et projets
4.2.2 Encadrement de stages
4.2.3 Publications et communications
4.3 Auprès du grand public : site internet
Bibliographie

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