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Pour une évaluation plus géographique de l'impact environnemental des plans d'eau, le cas de la température de l'eau du Grand Étang de Cieux (Haute-Vienne)

An attempt at geographical assessment of the environmental impact of ponds, the example of the water temperature of the Grand Étang de Cieux (Western France)
Laurent Touchart et Pascal Bartout
p. 85-111

Résumés

L'objectif de cet article est d'estimer l'impact thermique d'un étang limousin de grande taille (40 ha) à déversoir de surface, barrant une zone de confluence entre quatre cours d'eau. La recherche est fondée sur 536 552 mesures de température de l'eau, en amont, en aval et à l'intérieur du plan d'eau. Par rapport au mode de calcul le plus fréquent, qui consiste à mesurer l'écart entre l'entrée du tributaire et la sortie de l'émissaire, deux nouvelles méthodes sont essayées. La première revient à coefficienter la température de chacun des quatre affluents, pour construire une température d'entrée globale prenant en considération le poids respectif de chaque cours d'eau. La seconde tient compte de la distance existant entre les entrées et la sortie. Après reconstitution des linéaires ennoyés, elle applique un gradient thermique d'amont en aval et la loi des mélanges à chaque confluent. Selon la méthode de pondération des entrées, le Grand Étang de Cieux réchauffe le cours d'eau de 1,8°C à l'échelle annuelle et de plus de 4°C de juin à septembre. Il imprime aussi sa signature en modifiant le régime thermique du cours d'eau, par la réduction de son amplitude diurne. Selon la méthode du gradient thermique, les forts réchauffements des mois d'été seraient en fait dus pour un tiers à l'évolution naturelle des cours d'eau d'amont en aval et pour deux tiers à l'étang. Lors de certains types de temps, en particulier les brassages forcés par le vent, la responsabilité de l'étang serait même nettement moindre.

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Texte intégral

I - Introduction

1Le concept d'impact environnemental suppose une perturbation d'origine anthropique et un repère permettant de comparer l'état du milieu, avec et sans elle (P. WATHERN, 1990 ; R.K. MORGAN, 1998, 2012). Le raisonnement repose sur les idées d'intégrité écologique et de bon état de l'écosystème (J.E. ANDERSON, 1991 ; J.R. KARR, 1991 ; P.L. ANGERMEIER et J.R. KARR, 1994 ; P.L. ANGERMEIER, 2000). Le concept est admis par la plupart des naturalistes et, dans ce cas, il implique qu'on cherche à le quantifier : c'est l'évaluation de l'impact environnemental, plus connue sous son appellation mondialisée d'environmental impact assessment (P.WATHERN, 1990 ; R.K. MORGAN, 1998, 2012 ; L.W. CANTER et S.F. ATKINSON, 2011 ; J. GLASSON et R. THERIVEL, 2019). Mais le concept est aussi parfois critiqué, notamment en sciences sociales, certains auteurs le considérant comme un jugement de valeur, une appréciation morale (S. LÉLÉ et R.B. NORGAARD, 1996 ; J. LANCASTER, 2000 ; R.T. LACKEY, 2001 ; A. PAETZOLD et al., 2010). Selon ceux-ci, comme il s'agit d'un sentiment subjectif qui, sous couvert d'impartialité scientifique, n'est rien d'autre qu'une dévalorisation des milieux anthropisés par rapport à la nature vierge, aucun indicateur ne peut en fait le quantifier.

2Faut-il donc abandonner l'idée d'évaluation si l'on est critique vis-à-vis du principe d'impact environnemental ? Nous pensons que non, mais il faut d'abord se départir de quelque jugement moral que ce soit. Dans ce cas l'impact n'est qu'un écart ; et la cause de cet écart, si elle n'est pas assimilée à la faute d'un coupable, peut raisonnablement être multiple. On peut alors postuler que la quantification est possible, et même qu'elle en sera, sinon plus juste, du moins plus ouverte.

3En France, notamment depuis le décret du 29 décembre 2011 "portant réforme des études d'impact des projets de travaux, d'ouvrages ou d'aménagements", l'une des principales applications du concept d'impact environnemental se trouve être lesdites perturbations provoquées sur le réseau hydrographique par les plans d'eau artificiels, lacs de barrage et étangs. L'idée en elle-même implique que l'objet d'origine anthropique nommé comme étant la source de la modification ait une connotation négative, ici l'étang. Si la situation imaginée est celle de l'absence du plan d'eau (donc de son effacement s'il existe déjà), le but est de revenir à l'état dit initial ; si la situation imaginée est celle d'absence de toute modification humaine, la volonté est de revenir à l'état dit de référence (N. CARLUER et al., 2016). Dans tous les cas, la situation sans étang est regardée comme un bon état, celle avec étang comme un état péjoré. Comme le plan d'eau est considéré a priori comme coupable, la tendance est de lui imputer la totalité de l'écart entre l'état actuel et l'état initial, ou de référence. Tandis que si on supprimait ce jugement de valeur, on serait ouvert à ce que d'autres causes puissent coexister, y compris l'évolution du cours d'eau d'amont en aval. Il faudrait alors tenter de faire la part de chacune d'entre elles.

4L'évaluation de l'impact réclame le choix d'indicateurs (L.W. CANTER et S.F. ATKINSON, 2011), parmi lesquels, outre ceux fondés sur la biologie qui sont toujours privilégiés par les autorités, la température de l'eau est internationalement reconnue comme présentant un intérêt majeur (E.W. CHU et J.R. KARR, 2017). À partir du moment où on aborde la quantification du paramètre, on peut croire qu'on quitte la subjectivité inhérente à la qualification d'un bon état ou d'un état perturbé pour entrer dans l'estimation chiffrée objective : dans le cas présent, un écart mesuré, ou modélisé, exprimé en degrés Celsius. Cependant, tant que le paramètre est considéré comme représentatif d'un état, le risque subsiste de rester sous l'emprise d'un jugement de valeur. La température à la sortie du plan d'eau étant pensée comme significative de l'état perturbé, et celle à l'entrée, de l'état initial, la tentation est grande d'en rester à ce que l'écart de température entre les deux soit suffisant à caractériser pleinement l'impact thermique du plan d'eau.

5Or il n'y a pas seulement une différence de température entre les deux, il y a aussi une distance. Et il est regrettable qu'elle ne soit généralement pas prise en compte. Pourtant, s'agissant d'une question spatiale, la géographie serait bien placée pour s'en saisir. C'est pourquoi la présente étude propose de replacer la distance existant entre l'entrée et la sortie du plan d'eau au cœur de la réflexion, d'une part dans une perspective épistémologique, d'autre part à travers l'étude concrète d'un étang du Centre-Ouest de la France.

6L'intérêt d'étudier un étang plutôt qu'un lac de barrage vient du fait que les têtes de bassin subissent des évolutions naturelles d'amont en l'aval selon des gradients plus forts que sur des rangs de Strahler plus élevés (K. SMITH, 1972). À l'inverse, il est possible que, dans le cas d'un petit étang, la courte distance existant entre l'entrée et la sortie ne provoque pas d'erreur importante si elle est négligée. En revanche, on peut émettre l'hypothèse de travail que, pour un grand étang, la marge d'erreur augmente, du fait des trois caractéristiques suivantes :

  • À la différence du barrage sur un ruisseau unique, un grand étang est en général alimenté par plusieurs tributaires.

  • À la différence d'une toute petite pièce d'eau s'étirant sur seulement quelques dizaines de mètres, le linéaire de talweg ennoyé peut dépasser le kilomètre pour un grand étang.

  • Vu la taille du bassin d'un grand étang, il est vraisemblable qu'il existe déjà plein de petites pièces d'eau situées en amont, sur les tributaires.

Le grand étang n'est donc que le réceptacle de la chaîne.

  • Ces caractéristiques posent un certain nombre de problèmes :

  • Lequel des tributaires choisir pour calculer l'effet thermique du plan d'eau ?

  • Comment la température aurait-elle évolué d'amont en aval en l'absence de l'étang ?

  • Dans le contexte de l'effet cumulé infra-additif d'une chaîne d'étangs, défini par L. TOUCHART et al. (2023), le dernier d'entre eux ajoute-t-il encore quelque chose au réchauffement ? L'objectif du présent article est de tenter d'apporter quelques éléments de réponse à ce questionnement.

II - Réflexions épistémologiques sur la localisation des points d'entrée et de sortie du plan d'eau

7Dans la bibliographie, la question de la localisation des thermomètres à l'entrée et à la sortie d'un plan d'eau n'est souvent pas posée du tout ; en tout cas, elle n'est jamais envisagée de façon épistémologique. C'est pourtant sous cet angle qu'il faut aborder le problème, si l'on veut ensuite utiliser ce recul pour améliorer concrètement la précision des calculs fondés sur les mesures de terrain.

8Dans une bibliographie de l'impact thermique des plans d'eau très largement fondée sur la modélisation (B.A. SINOKROT et al., 1995 ; R.T. CLARKE et al., 2003), la localisation exacte des sites d'entrée et de sortie du plan d'eau n'est en général pas discutée, sans doute parce qu'elle paraît simple. Ce sont des points, au sens mathématique du terme, en quelque sorte idéalisés. Or cette simplicité n'est qu'apparente, ou, du moins, ne l'est-elle que dans l'abstraction ; mais elle se complique quand la démarche place les mesures de terrain au cœur de la réflexion, si bien que la distance entre l'entrée et la sortie compte réellement. Il nous semble que la localisation des sites puisse être discutée selon deux critères géographiques, d'une part, à petite échelle cartographique, la prise en compte à la fois de l'entrée et de la sortie (dans les études privilégiant l'évaluation de l'impact stricto sensu) ou seulement de la sortie (dans celles privilégiant le suivi de l'impact dans l'émissaire et sa réduction vers l'aval), d'autre part, à grande échelle cartographique, la raison pour laquelle le thermomètre, qu'il soit d'entrée ou de sortie, est précisément placé ici, et non pas quelques dizaines de mètres plus en amont ou en aval. C'est bien la distance entre les thermomètres qui sera le but de la réflexion ; les autres paramètres, comme la localisation des segments ensoleillés ou ombrés, ne seront évoqués que comme causes possibles des choix de localisation.

1 ) À petite échelle cartographique, une prédilection pour la sortie du plan d'eau ?

9La bibliographie internationale traitant de l'impact thermique des plans d'eau sur le réseau hydrographique est dominée depuis longtemps par l'étude des sorties d'eau profondes des lacs de barrage, dont la perturbation froide peut se suivre dans l'émissaire (O.O. WILLIAMS, 1968 ; P.B. HOLDEN et C.B. STALNAKER, 1975 ; K.F. WALKER, 1979 ; R.M. CUSHMAN, 1985 ; C.L. LOWNEY, 2000 ; A. LUGG, 2000 ; J. BARTHOLOW et al., 2001 ; R.M. PREECE, 2004 ; B. SHERMANN et al., 2007 ; J.D. OLDEN et R.J. NAIMAN, 2010 ; M. WEBER et al., 2017). Le but de ces études étant de déterminer la distance d'influence des barrages, c'est la sortie qui est privilégiée. Que la démarche soit exclusivement modélisatrice, et dans ce cas le point de sortie n'est qu'abstrait, ou qu'elle soit fondée sur des mesures, et dans ce cas le point de repère est le thermomètre situé le plus près de la sortie du plan d'eau, la température d'entrée n'a pas vraiment de raison d'être prise en compte et il paraît en outre inutile d'ergoter sur les premiers hectomètres ou kilomètres de la sortie.

10Il est vrai que la bibliographie internationale pionnière à ce sujet concernait le plus souvent les milieux chauds et secs, notamment l'Australie (K.F. WALKER, 1979 ; A. LUGG, 2000) et l'Ouest des États-Unis (P.B. HOLDEN et C.B. STALNAKER, 1975 ; C.L. LOWNEY, 2000 ; J. BARTHOLOW et al., 2001 ; R.M. PREECE, 2004 ; B. SHERMAN et al., 2007), qui sont justement ceux où les perturbations froides provenant d'eaux hypolimniques se propagent le plus loin en aval, par exemple plus de 200 km sur le fleuve australien Murray (K.F. WALKER, 1979), plus de 400 km sur le Colorado (P.B. HOLDEN et C.B. STALNAKER, 1975). Vu les longues distances concernées, le besoin n'est pas éprouvé de prendre une unité plus précise que le kilomètre, et, le but étant de trouver l'endroit où cesse l'influence vers l'aval, le thermomètre situé dans l'émissaire le plus en amont peut même être posé assez loin de la sortie. Par exemple, en Californie, cherchant à suivre "l'onde" de la perturbation thermique due au refroidissement par soutirage hypolimnique, C.L. LOWNEY (2000) a choisi de prendre quatre points dans l'émissaire, le plus proche du barrage étant à 137 km en aval de la digue, le plus éloigné étant à 190 km en aval.

11Moins nombreux que ceux traitant de l'effet des perturbations froides provenant des sorties profondes des lacs de barrages, les travaux concernant l'effet de réchauffement des petits plans d'eau peuvent certes parfois concerner le suivi sur l'ensemble du réseau hydrographique (H. SEYEDHASHEMI et al., 2021), mais ils sont en général plutôt centrés sur l'évaluation de leur impact au sens strict. Puisqu'il s'agit alors de quantifier l'écart thermique entre l'entrée et la sortie, les deux sont certes forcément citées. Mais là encore, l'approche est en général théorique, c'est-à-dire que les distances en amont et en aval du plan d'eau ne sont même pas toujours données (J.C. THOMPSON, 2012). Quand il y a indication chiffrée, celle-ci peut concerner seulement l'entrée, ou seulement la sortie (P.A. ZAIDEL et al., 2021), montrant que la distance entre les deux n'est pas considérée comme un élément du raisonnement. Parfois, on décèle chez les auteurs une volonté abstraite d'équilibrer les deux. Ainsi W. DRIPPS et S.R. GRANGER (2013) indiquent que leurs points de mesures sont placés à 50 m en amont et à 50 m en aval du plan d'eau, alors même que les risques de ralentissement de l'eau fluviale d'amont et de mélange de l'eau fluviale d'aval ne devraient pas être appréhendés selon les mêmes distances. J.R. MAXTED et al. (2005) indiquent que, sur leurs six étangs équipés, le point d'entrée se trouve entre 30 et 50 m à l'amont du plan d'eau et celui de sortie entre 10 et 20 m à l'aval de la chaussée, mais sans en donner les raisons.

12Au lieu d'être le kilomètre comme pour le suivi de l'influence des grands barrages, l'unité utilisée dans les études sur l'impact des petits plans d'eau est en général plutôt le décamètre, la précision étant parfois un peu meilleure, parfois un peu moindre. Ainsi P.A. ZAIDEL et al. donnent un chiffre de "35 m environ" pour la prise de température de sortie, cependant qu'A. CHANDESRIS et al. (2019) indiquent que le thermomètre de sortie est placé "à moins de 100 m en aval du barrage" et que celui d'entrée est placé suffisamment en amont pour ne pas être influencé par les remontées d'eaux stagnantes ou ralenties, sans indication chiffrée de distance. Sur le plan épistémologique, cela veut dire que la géographie est réduite à une valeur qualitative, l'entrée et la sortie devant chacune être significative d'elle-même, sans que la distance entre les deux n'ait besoin d'être quantifiée. Cette représentativité de chacun des deux points en soi est en fait recherchée à grande échelle.

2 ) À grande échelle cartographique, une prédilection pour les critères qualitatifs ?

13Dans le cadre des études sur les perturbations froides issues des eaux de fond des lacs de barrage, la précision cartographique du point de sortie est rarement discutée, car ce sont les grandes distances de suivi dans l'émissaire qui sont privilégiées. Pourtant, dans la pratique, au-delà d'une sortie d'eau dominante, il y a souvent d'autres sorties, y compris inintentionnelles comme des fuites ou des réactivations de sources, qui finissent par mêler leurs eaux. Or, si l'on mesure la température en aval de ces mélanges, on risque d'éliminer une partie de la distance sur laquelle un rétablissement fluvial a déjà commencé, mais si l'on mesure la température en amont de ces mélanges, on risque d'éliminer les sorties secondaires, lesquelles se surajoutent à l'effet principal du plan d'eau, ou au contraire le contrecarrent.

14Les travaux des géographes anglais B.W. WEBB et D.E. WALLING (1997) sont, à notre connaissance, ceux qui détaillent le plus la localisation du thermomètre de sortie. Et encore n'expliquent-ils que leur volonté de placer le thermomètre en aval des mélanges. L'instrument de mesure est situé dans la rivière Haddeo, à 400 m en aval du barrage de Wimbleball, la justification donnée étant que, 100 m en aval de la digue, il y a des sources qui ont été réactivées par la mise en eau du lac et qui apportent 70 à 80 litres par seconde au cours d'eau. Le thermomètre unique est placé 300 m après cet apport rafraîchissant d'eau souterraine, sans indiquer pourquoi il n'est pas mis plus près (ou plus loin, d'ailleurs). Le lecteur peut faire l'hypothèse des difficultés d'accès juste à la sortie du barrage, mais ce n'est pas dit expressément.

15Dans le cadre des études sur les perturbations chaudes issues des eaux superficielles des petits plans d'eau, les localisations précises des thermomètres d'entrée et de sortie sont elles aussi rarement discutées, bien que les distances concernées par l'impact soient beaucoup plus petites. Quand elles sont fournies, les justifications sont en général qualitatives, insistant sur l'accessibilité du terrain par l'opérateur, la topographie de la rive favorable à la sécurisation de l'instrument de mesure et la forme de la section mouillée. Sur ce dernier point, les avis peuvent diverger, certains préconisant de privilégier les mouilles afin que les thermomètres soient toujours dans l'eau (P.A. ZAIDEL et al., 2021), cependant que d'autres recommandent les seuils naturels et les hauts-fonds pour éviter les micro-stratifications se produisant dans les mouilles (L. TOUCHART, 2001). Quant aux guides d'échantillonnage officiels, ils demandent simplement que les mesures soient effectuées "dans la veine principale du cours d'eau" (B. LEPOT et N. MARESCAUX, 2017). Il est à noter que ces justifications, qualitatives, peuvent concerner tant le point de sortie que celui d'entrée.

16D'autres qualités sont en revanche reconnues comme spécifiques à l'entrée ou à la sortie. Pour mesurer une température d'entrée non influencée, il convient de placer le thermomètre juste en amont du point où l'eau dormante freine le courant du tributaire (J.R. MAXTED et al., 2005 ; A. CHANDESRIS et al. 2019). Pour les auteurs qui expliquent le réchauffement dû au plan d'eau en l'assimilant à un tronçon fluvial élargi, donc ensoleillé, il est sous-entendu que le thermomètre d'entrée doit être situé à l'ombre (J.R. MAXTED et al., 2005 ; P.A. ZAIDEL et al., 2021).

17En aval du petit barrage ou de la chaussée, la question est celle des sorties secondaires, intentionnelles, comme un moine fonctionnant en plus d'un déversoir, ou non voulues, comme des suintements à travers la bonde, des fuites de certaines vannes ou des réactivations de sources. À l'instar de ce qui est choisi pour les barrages de plus grande taille, le réflexe des quelques auteurs qui abordent la question se trouve être de conseiller de placer le point de mesure en aval de tous ces mélanges possibles, pour obtenir une température homogène, représentative de la sortie globale en quelque sorte. Ainsi P. JATTEAU et al. (1999) réclament-ils que, pour le suivi des étangs piscicoles, les mesures soient prises 50 m en aval des petits mélanges de sortie. C'est une justification qui est certes pertinente, mais qui possède tout de même l'inconvénient de ne jamais quantifier ce qui se passe en amont du mélange.

3 ) Pour la discussion d'une marge d'erreur géographique

a posterioriet alet alet alles requêtes bibliographiques ont porté sur les mots clés (dam* OR reservoir* OR pond*)

18Au total, quand des informations sont données sur les distances entre les thermomètres d'entrée ou de sortie et le plan d'eau, elles le sont dans une optique de simple localisation descriptive, comme on donnerait des coordonnées Lambert. Mais la question de savoir si quelque chose se serait passé, même en l'absence de plan d'eau, sur le linéaire reliant l'entrée et la sortie, n'est pas posée. De fait, la distance entre les deux n'est pas fournie. Si on tente de l'estimer entre les lignes, en l'extrapolant à partir de la taille des plans d'eau étudiés dans ces articles, il est vraisemblable qu'elle soit d'environ 150 m pour les tout petits étangs étudiés par J.R. MAXTED et al. (2005), mais sans doute en moyenne d'environ 1000 à 1500 m pour les trente petits barrages, d'une superficie moyenne de 32,4 ha, équipés par P.A. ZAIDEL et al. (2021), peut-être même une dizaine de kilomètres pour le plus grand de leur échantillon, qui s'étend sur 261,9 ha. Or c'est cette distance qui permettrait de quantifier l'évolution de la température qui aurait eu lieu d'amont en aval si le plan d'eau n'existait pas.

19Il convient donc, dans la suite du propos, de se départir de la conception fluvio-centrée habituelle, pour adopter au contraire une démarche centrée sur le limnosystème au sens de L. TOUCHART et P. BARTOUT (2018). Cela implique aussi de prendre en compte le fonctionnement interne du plan d'eau et de connaître ses rythmes de stratification et de brassage, pour les associer avec le comportement de l'émissaire.

III - Le site d'étude en Limousin et son instrumentation en thermomètres

20Le site d'étude et son instrumentation sont choisis pour entrer dans ce cadre de réflexion. L'intérêt du plan d'eau de Cieux se trouve être qu'il s'agit d'un limnosystème aux dimensions intermédiaires entre le lac et l'étang, à mi-chemin entre d'une part son autonomie interne et la stabilité de sa stratification, d'autre part sa situation de maillon fonctionnant comme un récepteur des influences venant de l'amont et un moteur de celles agissant sur l'aval. Le site a été équipé de thermomètres enregistreurs dont la localisation, éprouvée par plusieurs essais, respecte la complexité, notamment par la prise en compte de la multiplicité des entrées et des sorties. Cependant les localisations tournantes, qui forment le corollaire des essais, rendent difficile l'obtention de plages de fonctionnement communes à tous les instruments de mesure.

1 ) Le Grand Étang : un grand étang

OpenStreetMap

21Le nord-ouest de cet ensemble, dit Haut Limousin, fait partie des principales régions françaises d'étangs, en particulier "le rebord méridional des monts de Blond" (P. BARTOUT, 2012, p. 191) drainé vers la Glane et la Vienne. La Vergogne, dont le bassin de 43,3 km2 comprend une centaine d'étangs couvrant au total près de 80 ha, est le principal de ces affluents de rive droite de la Glane. Dans un environnement bocager, ceux-ci barrent un petit chevelu hydrographique dont la densité est due au soubassement granitique.

22Le Grand Étang, dont on ajoute aujourd'hui, dans une société où les distances n'ont plus la même signification qu'au Moyen Âge, qu'il est de Cieux, est l'une des plus belles pièces d'eau du Haut Limousin. Depuis le XIIIème siècle, ses dimensions impressionnent, au point que son émissaire se nomme le ruisseau du Grand Étang, jusqu'à former la Vergogne par son confluent avec le Thivirou. Plus grand étang privé de l'ensemble du département de la Haute-Vienne, il s'étend sur une quarantaine d'hectares. Précisément connues depuis les travaux de M. CARLINI (2006), ses caractéristiques morphométriques varient en fonction du marnage (Tab. I). Quoique de grande taille, il n'atteint pas aux dimensions d'un lac et son volume reste inférieur au million de mètres cubes.

Tableau I - Les dimensions du Grand Étang de Cieux.

Tableau I - Les dimensions du Grand Étang de Cieux.

Chiffres repris de M. CARLINI (2006), mais avec transformation des niveaux d'eau relatifs du déversoir en cotes altitudinales absolues.

23À la différence d'un petit étang barrant un seul ruisseau, le Grand Étang est alimenté par quatre tributaires permanents (Fig. 1). Le ruisseau de Pranaud draine 384 ha depuis les parties les plus élevées des monts de Blond, cependant que les trois autres, celui des Bonnefonds sur 352 ha, de Polisserie sur 269 ha et du Theil sur 77 ha, coulent sur le plateau granitique situé en contrebas. À eux quatre, ils apportent l'eau d'un espace bocager de 10,82 km2, soit 91 % de la superficie de 11,85 km2 du bassin versant, surface du Grand Étang non comprise. Le reste est drainé par un petit tributaire temporaire et des espaces de ruissellement diffus. Si l'on suivait les bases de données européennes, seul le ruisseau de Pranaud, ainsi nommé sur les cartes topographiques françaises traditionnelles, serait à équiper, car c'est lui qui, noté Vergogne, correspond au cours d'eau principal. Mais il est lieu ici de poser la question de l'entrée complexe à instrumenter.

Figure 1 - Carte de localisation des thermomètres enregistreurs dans le bassin versant du Grand Étang de Cieux.

Figure 1 - Carte de localisation des thermomètres enregistreurs dans le bassin versant du Grand Étang de Cieux.

24La sortie du Grand Étang n'est pas, elle non plus, unique et simple. En fonctionnement normal, le lieu le plus important est bien entendu le déversoir de surface muni d'une grille, d'où sortent les eaux les plus chaudes lors de la stratification directe d'été. Mais il faut aussi tenir compte de l'existence de deux pelles, d'où suintent quelques fuites d'eaux profondes. Ces bondes se poursuivent en aval par deux chenaux, celui du nord en eau seulement lors des vidanges, celui du sud alimenté en permanence par le flux issu de la surverse et qui dévale la chaussée en faisant un coude. Il convient donc de tenir compte de cette complexité pour instrumenter valablement la sortie de l'étang.

2 ) L'emplacement des thermomètres, pour la mesure de plusieurs entrées et sorties

25Entre 1998 et 2006, le bassin de la Vergogne a été pourvu par le premier auteur de 18 sites de mesures équipés de thermomètres enregistreurs de la génération Tinytalk, puis Tinytag, programmés pour prendre une température toutes les heures. Il s'agit de thermomètres à résistance, à coefficient de température négatif, dont la précision est de 0,2°C. Une chaîne de bouée sur laquelle des thermomètres étaient installés de la surface jusqu'au fond fonctionnait à l'intérieur du Grand Étang de Cieux. Les quatre tributaires l'alimentant étaient pourvus de 9 sites, l'émissaire de 8 sites se succédant de la sortie du déversoir jusqu'à l'embouchure dans la Glane, la chaîne de bouée à l'intérieur de l'étang comptant entre 7 et 12 thermomètres selon les années. Du fait que certains sites étaient tournants (par manque de thermomètres) et du fait de vols, de pertes, d'avaries et de pannes, le nombre total de données n'a été que de 314 338 pour l'ensemble des quatre tributaires, 126 976 pour l'intérieur de l'étang et 95238 pour l'émissaire, soit un total de 536 552.

26Ces 18 sites ont été pensés, à la fois à petite et grande échelle cartographique, pour tenter de répondre à la réalité complexe de terrain, dans le but d'évaluer l'impact thermique du Grand Étang de façon empirique et précise.

27À petite échelle cartographique, il a été décidé d'équiper chacun des quatre affluents permanents du Grand Étang, afin de ne pas interdire a priori de choisir comme repère d'entrée l'un ou l'autre : le plus long, celui dont la pente générale a la direction la plus proche de celle de l'allongement de l'étang, celui dont le bassin a la moins grande stagnucité, etc. En outre, l'instrumentation des quatre entrées pérennes laisse la possibilité méthodologique de les croiser toutes, afin d'obtenir une température d'entrée unique plus représentative. À moyenne échelle cartographique, des essais ont été réalisés sur certains sites avec des thermomètres enregistreurs, avant une sélection définitive. Ainsi, pour caractériser l'entrée du ruisseau de Pranaud dans l'étang, le site code "Goubault" a profité d'une translation de 170 m vers l'aval. Le courant y est plus fort, sans risque de micro-stratification, et la forêt deltaïque y est plus large que la ripisylve située plus en amont. De même, pour quantifier l'entrée du ru du Theil dans l'étang, le site code "Garen" est le plus représentatif, étant le plus proche de l'embouchure, mais celui de code "Thega", à 300 m en amont, peut le suppléer au besoin. À grande échelle cartographique, chaque choix de site a été précédé d'une campagne réalisée avec un thermomètre manuel, afin de ne prendre que des sections mouillées homothermes, sans veine latérale.

28Le choix du site de sortie a été lui aussi réfléchi en détail. En premier lieu, un soin tout particulier a été porté au mélange entre l'eau de surface dévalant du déversoir et l'eau de fond suintant de la bonde méridionale. Deux thermomètres enregistreurs, de codes "Cieux" et "French", séparés de 35 m et respectivement situés avant et après le mélange, ont fonctionné en commun de décembre 1998 à mai 2000. Leur comparaison, validant la précision à la fois géographique et instrumentale de la démarche, a montré la quasi-inexistence de différence entre les deux, y compris en période de stratification thermique maximale de l'étang, par exemple un écart de 2 centièmes pour la moyenne mensuelle de juin 1999, de 13 centièmes pour juillet, de 30 centièmes pour août. En second lieu, une campagne manuelle de mesures dans l'émissaire tous les 10 m a été effectuée en aval du site de code "French" au printemps 1998, qui a permis de découvrir une source à 120 m du déversoir, refroidissant sensiblement le ruisseau émissaire. En conclusion de ces deux essais, il a été décidé de garder le site de code "Cieux", le plus en amont, d'ajouter un nouveau site, de code "Ruétang", plus en aval, et d'éliminer le thermomètre du milieu, de code "French". Il est donc possible d'utiliser, en fonction des besoins, un point représentatif de la sortie de l'étang permettant de calculer un impact maximum, celui du déversoir, situé en amont de tous les mélanges, ou un point représentatif de la sortie permettant de calculer la distance d'influence, en aval de tous les mélanges.

29Cependant la principale originalité de la démarche consiste à tenir compte non seulement de la distance allant du site choisi pour représenter l'entrée jusqu'à l'étang et de celle allant de l'étang jusqu'au site choisi pour représenter la sortie (comme étant deux localisations), mais aussi de la distance reliant l'entrée et la sortie en passant par l'étang. Faisant cela, la taille de l'étang compte. Elle importe quand il est en eau, étant une cause de l'écart thermique existant entre l'entrée et la sortie ; elle importe aussi quand il n'est pas en eau, car la température du cours d'eau aurait évolué d'amont en aval, sur ce linéaire, même sans lui. Cette distance elle-même est donc une autre cause de la différence de température qu'il y a entre l'entrée et la sortie. Or les méthodes classiques n'en tiennent pas compte, assimilant l'impact de l'étang à l'écart thermique entre les deux points, comme si l'écart spatial entre les deux n'existait pas. Cette assimilation géographique des deux points, que nous réfutons ici, est, a priori, d'autant plus dommageable pour le calcul de l'impact que l'étang est grand, d'où l'intérêt d'étudier ici concrètement le Grand Étang de Cieux. Cette distance, dont le calcul sera détaillé plus loin, devra être multipliée par un gradient thermique et celui-ci sera d'autant plus précis que, sur deux des quatre tributaires, il a été placé plusieurs thermomètres d'amont en aval. Bien entendu, l'exactitude aurait été encore meilleure si les quatre affluents avaient été équipés de la même manière, mais, faute de thermomètres disponibles, le choix s'est fait en faveur des deux tributaires les plus riches en petits étangs.

3 ) Les périodes de fonctionnement simultané des thermomètres

30Dans le cadre de la présente recherche, dont l'objectif est de comparer la température d'entrée dans l'étang et celle de sortie, ce sont cinq sites qui concentrent l'essentiel de l'attention : d'une part le thermomètre le plus en aval pour chacun des quatre affluents (161 226 données, réparties en 30240 pour le thermomètre "Goubault", 32758 pour "Polisserie", 63668 pour "Garen", 34560 pour "Bonnefonds"), d'autre part le thermomètre le plus en amont de tous ceux situés sur l'émissaire (code "Cieux", 80046 données). Ce sont ces 241 272 températures de l'eau qui sont prioritairement traitées pour donner les résultats permettant de quantifier directement l'impact de l'étang. À côté de ces cinq sites majeurs pleinement exploités, les autres thermomètres seront utilisés de façon complémentaire dans trois cas de figure :

  • L'amélioration des démarches méthodologiques par le calcul de gradients thermiques, en prenant les données d'un tributaire comprenant plusieurs sites de mesures se succédant d'amont en aval.

  • L'allongement des plages de données communes aux cinq sites majeurs par la recréation de données manquantes comblant des lacunes, en prenant les données de certains thermomètres très proches, presque doublons.

  • L'aide à la discussion pour interpréter certaines causes de l'impact de l'étang, en prenant des données de la chaîne de bouée, laquelle a fonctionné en 1999, 2001 et 2002, et celles du rétablissement de la température le long de l'émissaire.

31Pendant les huit ans et deux mois courant de mai 1998 à juillet 2006, les cinq sites majeurs ont certes tous fonctionné en même temps pendant plusieurs mois d'affilée à plusieurs années d'intervalle, mais jamais jusqu'à atteindre un cycle annuel complet d'un seul tenant (Fig. 2). Cela a cependant pratiquement été le cas du 1er août 2002 au 31 juillet 2003, à deux nuances près. La première est le manque de 1242 heures s'étirant du 10 septembre au 1er novembre 2002 pour le thermomètre le plus en aval (code "Garen") du plus petit des quatre affluents, le ru du Theil. La seconde nuance est que le thermomètre à la sortie du plan d'eau a été enlevé pendant trois semaines en novembre 2002, pour la vidange du Grand Étang. En revanche, pour chacun des trois plus grands tributaires à leur entrée dans l'étang (ruisseau de Pranaud station "Goubault", ruisseaux de Polisserie et des Bonnefonds), les 8760 mesures horaires formant effectivement une année entière en continu sont disponibles.

Figure 2 - Schéma des périodes de fonctionnement des thermomètres enregistreurs dans l'émissaire et les quatre tributaires du Grand Étang de Cieux.

Figure 2 - Schéma des périodes de fonctionnement des thermomètres enregistreurs dans l'émissaire et les quatre tributaires du Grand Étang de Cieux.

32Pour résoudre le premier problème, il a été décidé d'utiliser les 7518 mesures horaires disponibles du thermomètre "Garen" et de combler la lacune en recréant des données à partir du thermomètre "Thega", qui se trouve sur le même ruisseau à peine 300 m en amont, dans des conditions presque équivalentes, à la sortie d'un autre étang à déversoir. Pour ce faire, l'équation suivante a été employée :

33Cette équation a été construite en opérant une corrélation linéaire entre les mesures horaires des deux thermomètres sur les 10 jours de septembre précédant la lacune et les 10 jours de novembre lui succédant. Le coefficient R2 étant de 0,98, il a été estimé que cette équation pouvait permettre de recréer sans erreur importante les températures manquantes du ruisseau du Theil à l'entrée du Grand Étang en début d'automne.

34Le second problème, celui de l'absence de mesures au déversoir du fait de la vidange du Grand Étang pendant trois semaines de novembre, n'en est pas un pour tous les traitements de données à une échelle de temps inférieure à l'année. Cela correspond d'ailleurs simplement à la réalité d'un étang sans eau et il n'y a aucun biais instrumental dans cette question. Mais cela pose problème si l'on veut obtenir un cycle annuel complet et généraliser le propos. Dans ce cas, il a été décidé d'enlever ces trois semaines de données pour les quatre thermomètres situés sur les tributaires. Selon le besoin, on peut alors présenter le résultat annuel effectué à partir de toutes les données réelles, soit un an moins trois semaines, ou bien le résultat annuel effectué à partir des douze moyennes mensuelles, celle de novembre étant calculée à partir de seulement quelques jours (d'ailleurs situés à la fois au début et la fin du mois, permettant ainsi une certaine compensation). Le calcul à partir des douze moyennes mensuelles rétablit le poids de novembre dans la moyenne annuelle.

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35Pour certains calculs partiels, d'autres périodes peuvent être ajoutées, par exemple celle d'octobre 2005 à février 2006 pour l'ensemble des quatre tributaires mais sans l'émissaire (dont le thermomètre a été enlevé pour une vidange prévue dès octobre, puis reportée), ou encore celle allant de mai à juillet 1998 pour la comparaison entre l'entrée du tributaire principal et l'émissaire.

IV - Deux nouvelles méthodes de traitement des données pour l'évaluation de l'impact thermique

1 ) L'écart thermique entre la sortie de l'étang et l'entrée pondérée des quatre tributaires

36Pour estimer l'impact du Grand Étang, il serait possible de confronter la température de sortie avec celle d'entrée du ruisseau de Pranaud (code "Goubault"), dont la source est d'ailleurs marquée sur les documents officiels comment étant celle de la Vergogne elle-même. Ce serait respecter la logique du plus grand affluent, qui draine 31 % du bassin total de l'étang. Cependant ce choix négligerait le fait qu'il s'agit d'une exception, dans la mesure où c'est la seule partie du bassin à être "montagnarde", au sens d'A. PERPILLOU (1940, p. 210). Ses parties hautes dépassent les 500 m et l'hypothèse de travail est que son eau est plus froide que celle de tous les autres tributaires, réduisant ainsi sa représentativité.

37Pour évaluer l'impact du Grand Étang, il serait aussi possible de comparer la température de sortie avec celle d'entrée du ruisseau du Theil (code "Garen"). Ce serait respecter la logique de la continuité de la vallée, celle de l'allongement principal du Grand Étang, poursuivie en ligne droite par l'émissaire. Pour construire son ordination, R.E. HORTON (1945) lui-même conseillait de sélectionner, en remontant vers l'amont, les segments fluviaux les plus proches de la direction du tronc principal. Cependant ce choix passerait outre le fait que le ru du Theil est lui-même barré de deux étangs juste avant son embouchure. Son eau d'entrée dans le Grand Étang n'est autre qu'une eau de sortie de déversoir. L'hypothèse de travail est que sa température soit au moins aussi chaude que celle de sortie du Grand Étang, rendant presque nul le calcul d'impact.

38Une troisième solution serait de comparer la température de sortie avec celle d'entrée du ruisseau des Bonnefonds, qui est celui dont le bassin est le plus pauvre en petits étangs, en outre placés loin en amont. Mais ce serait tomber dans la vaine recherche d'une référence de nature virginale, alors que c'est ici une représentativité de la réalité, fût-elle largement anthropisée, des entrées fluviales, qui est voulue.

39C'est pourquoi il est ici proposé de calculer la moyenne pondérée des quatre tributaires pérennes, qui sera considérée comme une température d'entrée unique. En l'absence de mesures de débits, c'est la superficie de chaque bassin qui a été choisie comme le paramètre le plus représentatif :

40Soit, pour une expression en °C et en ha :

2 ) La reconstitution de la température de sortie si l'étang n'existait pas

41Le calcul du réchauffement qui se serait produit sur le réseau hydrographique d'amont en aval si l'étang n'existait pas réclame la connaissance d'un gradient thermique et d'une distance. La méthode la plus simple consiste à prendre une valeur de gradient théorique trouvée dans la bibliographie et à la multiplier par la longueur de l'étang. Il est ainsi possible de faire le produit du réchauffement de 0,06°C/100 m, donné par M.A. ZWIENIECKI et M. NEWTON (1999), D. CAISSIE (2006) et A. BEAUFORT (2015) pour les cours d'eau de tête de bassin, par la longueur, elle aussi théorique au sens de L. HÅKANSON (1981), de 1166 m du Grand Étang de Cieux, donnée par M. CARLINI (2006). Le résultat de cette multiplication, qui est de 0,70°C, donne une première évaluation du chiffre qu'il faudrait retrancher au calcul précédent de l'impact regardé comme la différence entre la sortie et l'entrée du plan d'eau.

42Cependant, afin de rendre la méthode plus précise et plus proche de la réalité du terrain, il est ici proposé d'une part de mesurer des gradients thermiques sur place, d'autre part de reconstituer les linéaires et les points de confluence des cours d'eau ennoyés par l'étang. Il est à noter que tous les résultats seront exprimés au centième de degré, car il s'agit de la formulation habituelle des gradients thermiques dans la littérature internationale, quelle que soit la précision des thermomètres utilisés. Il ne s'agit cependant pas d'oublier que celle des instruments de mesures ici employés est de 0,2°C.

a. La mesure de gradients thermiques in situ

43Sur le plan temporel, il vaut mieux réserver la mesure des gradients thermiques à la période estivale, pendant laquelle l'eau fluviale connaît des écarts importants. Sur le plan spatial, il est plus rigoureux de procéder cours d'eau par cours d'eau.

44Concernant le plus grand tributaire, le ruisseau de Pranaud, une mesure directe du gradient a été réalisée pendant 1312 heures successives, du 1er juin 1998 à 19 h au 26 juillet à 10 h, pendant lesquelles les thermomètres de code "Betoulle", "Pranaud" et "Goubault" ont fonctionné tous les trois en même temps. Celui du milieu, influencé par deux petits étangs, n'a pas été pris en compte, ni l'alternance de segments fluviaux tantôt à l'ombre tantôt au soleil qui peuvent être étudiés par ailleurs (M.A. ZWIENIECKI et M. NEWTON, 1999 ; J.C. RUTHERFORD et al., 2004 ; G. GARNER et al., 2014 ; J. KAIL et al., 2020). Il s'agissait ici au contraire d'obtenir un gradient lissé sur le plus grand tronçon possible. Par rapport au point d'entrée dans le Grand Étang, le premier est situé à 3077 m en amont, le dernier à 283 m en amont. La distance entre les deux thermomètres est donc de 2794 m. L'écart thermique moyen entre les deux étant de +2,59°C, le gradient de réchauffement d'amont en aval est de 0,093°C/100 m. Il est à noter que le linéaire de 2794 m est exclusivement utilisé pour calculer le gradient thermique, car le site "Goubault" a été déplacé de 170 m vers l'aval après la campagne de 1998. Pour tous les calculs réalisés sur le fonctionnement des cinq thermomètres majeurs, le site "Goubault" sera compté comme localisé à 2964 m en aval de "Betoulle", soit à 113 m en amont de l'embouchure dans le Grand Étang.

45Concernant le ru du Theil, une mesure directe du gradient a été réalisée pendant 2832 heures successives, du 5 juin 2005 à 12 h au 1er octobre à 11 h, pendant lesquelles les thermomètres de code "Theil" et "Thega" ont fonctionné à la traversée de la plaine alluviale d'un étang en assec sur un linéaire de 300 m. L'écart thermique moyen entre les deux étant de 0,80°C, le gradient de réchauffement d'amont en aval est de 0,27°C/100 m. Il s'agit d'une valeur élevée, mesurée sur un tronçon ensoleillé et mis à nu peu de temps auparavant, comparable à celle mesurée dans un autre chenal ensoleillé de la même région par L. TOUCHART et al. (2020). De toute façon, cette valeur, en partie applicable sur le linéaire d'amont, ne peut pas être utilisée dans les calculs situés plus en aval, car, à l'entrée dans le Grand Étang, l'eau du ru du Theil provient directement du déversoir de l'étang des Garennes. Entre les deux, l'eau ne se réchauffe pas, mais tend au contraire à se refroidir pour rétablir sa température d'amont. Afin d'estimer ce gradient de refroidissement, il a été décidé d'utiliser le thermomètre "Pranaud" du ruisseau précédent, situé en sortie d'étang et de le comparer au thermomètre "Goubault". Du 1er juin 1998 à 19 h au 26 juillet à 10 h, le refroidissement moyen était de ­1,28°C sur 2262 m, soit un gradient de refroidissement de 0,057°C par 100 m. C'est cette valeur qui sera appliquée au ru du Theil.

46Concernant les ruisseaux de Polisserie et des Bonnefonds, aucune mesure de gradient de réchauffement n'a été directement réalisée. Il s'agit donc de leur appliquer l'un ou l'autre de ceux mesurés sur les deux autres tributaires, celui du Theil (0,27°C/100 m) étant tout de même plus de deux fois supérieur à celui du Pranaud (0,093°C/100 m). En termes de pente du tronc principal, les rus de Polisserie et des Bonnefonds seraient plus proches du Theil, mais en termes de taille de bassin versant plus proches du Pranaud. En outre, la validité du gradient calculé sur le ruisseau de Pranaud est meilleure si l'on considère qu'il a été fait sur une distance plus grande, lissant les irrégularités, en particulier la succession de tronçons ombrés et ensoleillés. Quoi qu'il en soit, ces valeurs locales, mesurées à quelques centaines de mètres seulement des ruisseaux de Polisserie et des Bonnefonds, ont été préférées, dans les calculs, au gradient habituellement répété dans la littérature pour les rus de tête de bassin, de 0,06°C/100 m. Celui-ci provient de toute façon lui aussi d'un seul terrain, mais situé à 8500 km du Limousin, celui de M.A. ZWIENIECKI et M. NEWTON (1999), au nord-ouest de l'Oregon. Quant au gradient de 0,02°C/100 m repris à D. CAISSIE (2006) pour les cours d'eau de taille moyenne, il nous semblait encore moins adapté ici, et lui aussi issu d'un seul terrain, celui du Catamaran Brook, tout à fait à l'est du Canada.

b. La reconstitution des linéaires fluviaux

47Quels que soient les gradients thermiques utilisés, ils doivent être de toute façon multipliés par les distances parcourues d'amont en aval dans les cours d'eau (Fig. 3). La partie la plus simple consiste à mesurer les distances réelles entre les thermomètres situés dans le tributaire et à son embouchure dans le Grand Étang, encore qu'il faille reprendre les talwegs d'origine pour remplacer les fossés faisant suite aux déversoirs des petits étangs, en particulier dans le cas du ruisseau du Theil. En aval des quatre embouchures, l'affaire est plus compliquée, puisqu'il s'agit de reconstituer les anciens tracés fluviaux ennoyés par l'étang depuis le XIIIème siècle. Pour ce faire, il a été décidé de relier les points de plus grande profondeur d'eau ou de plus grande épaisseur de vase, en exploitant les deux cartes, bathymétrique et sédimentaire, levées par M. CARLINI (2006). Quand il n'y a pas coïncidence entre les deux, ce sont les épaisseurs des dépôts qui ont été privilégiées.

Figure 3 - Carte de la méthodologie du gradient thermique à la traversée du Grand Étang de Cieux.

Figure 3 - Carte de la méthodologie du gradient thermique à la traversée du Grand Étang de Cieux.

c. Le croisement de la loi des mélanges et du calcul des gradients thermiques

48Une fois que les gradients thermiques et les distances de linéaires sont connus, la méthode comporte deux types de calcul, qu'il faut refaire à chaque confluent, sachant que, sans étang, le ru du Theil se jetterait dans celui de Polisserie, celui-ci dans le ru des Bonnefonds et ce dernier dans le ruisseau de Pranaud. Il s'agit d'une part de faire le produit du gradient par la distance en amont de chaque confluent, entre les confluents et en aval du dernier confluent, étant entendu que le ruisseau du Theil est concerné par un gradient de refroidissement sur 252 m, jusqu'à son confluent reconstitué avec celui de Polisserie, tandis que tous les autres segments de linéaire sont à multiplier par un gradient de réchauffement. Il s'agit d'autre part, à chaque confluent, d'appliquer la loi des mélanges, en calculant la moyenne des deux températures, pondérée par la superficie de chaque bassin versant.

V - Résultats et discussions : un impact d'étang relativisé

1 ) Les résultats de la méthode des entrées pondérées, une signature classique d'étang et un réchauffement annuel de 1,8°C

49À l'échelle des douze mois de l'année, d'août 2002 à juillet 2003, la moyenne pondérée des quatre tributaires, calculée à partir de toutes les données horaires, est de 11,97°C, celle de l'émissaire au déversoir est de 13,78°C. Estimé de cette manière, l'impact thermique annuel du Grand Étang est donc de +1,81°C (Fig. 4) ; notons qu'il aurait été de +2,20°C si la sortie avait été comparée avec le seul ruisseau de Pranaud (soit une réduction de 18 % par rapport au calcul effectué par la méthode classique). En tout cas, l'émissaire est plus froid que les tributaires pendant quatre mois, de novembre à février, et plus chaud pendant huit mois, de mars à octobre (Fig. 5). La moyenne de réchauffement des quatre mois allant de juin à septembre est de +4,85°C.

Figure 4 - Carte du réchauffement provoqué par le Grand Étang de Cieux, selon la méthode de la moyenne pondérée des entrées fluviales.

Figure 4 - Carte du réchauffement provoqué par le Grand Étang de Cieux, selon la méthode de la moyenne pondérée des entrées fluviales.

Figure 5 - Courbes des douze moyennes mensuelles de température de l'eau à l'entrée (pondération des quatre tributaires) et à la sortie du Grand Étang de Cieux.

Figure 5 - Courbes des douze moyennes mensuelles de température de l'eau à l'entrée (pondération des quatre tributaires) et à la sortie du Grand Étang de Cieux.

50Une focale peut être faite sur l'été, saison où les contrastes thermiques sont les plus importants. Le mois d'août sera choisi, car c'est celui où le nombre d'années disponibles est le plus grand. La moyenne mensuelle quadriennale des années 2002 à 2005 est de 17,56°C pour l'ensemble pondéré des quatre tributaires, celle de l'émissaire de 21,10°C. Évalué ainsi, l'impact thermique moyen d'août est de +3,54°C ; notons qu'il aurait été de +4,13°C si la sortie avait été comparée avec le seul ruisseau de Pranaud. Ce sont surtout les minima diurnes qui sont fortement réchauffés. Les maxima l'étant nettement moins, l'amplitude diurne apériodique est diminuée par le Grand Étang (Tab. II). Il est à remarquer que les trois principaux tributaires connaissent un écart diurne plus élevé que l'émissaire, seul le quatrième, le ru du Theil ayant une amplitude plus faible ; or c'est celui qui sort lui-même d'un étang à déversoir avant d'entrer dans le Grand Étang. Ces résultats sont conformes à ceux d'A. CHANDESRIS et al. (2019), indiquant que les étangs réduisent l'amplitude diurne, bien qu'il existe aussi, à l'inverse, des études montrant une augmentation des écarts diurnes par les petits barrages (A. MAHEU et al., 2016).

Tableau II - Moyenne mensuelle quadriennale (2002-2005) d'août des températures de l'eau en amont et en aval du Grand Étang de Cieux (en °C).

Tableau II - Moyenne mensuelle quadriennale (2002-2005) d'août des températures de l'eau en amont et en aval du Grand Étang de Cieux (en °C).

51Dans le cas du Grand Étang de Cieux, il n'y a aucun doute que le plan d'eau écrase le cycle diurne, faisant passer l'amplitude diurne périodique d'août (moyenne sur 4 ans) de 3,27°C à l'entrée pondérée à 2,09°C dans l'émissaire, soit une diminution de -1,18°C. L'aplatissement de la courbe concerne surtout les maxima, qui forment un plateau en fin d'après-midi et en début de soirée : pendant 5 heures de suite, de 16 h à 20 h (heures d'été), la température au déversoir est la même à quelques centièmes près.

52Parmi les quatre mois d'août pour lesquels les données sont disponibles, il convient de rappeler que celui de 2003 connut une canicule exceptionnelle. Le réchauffement dû au Grand Étang a certes été plus élevé que la moyenne, atteignant +4,41°C (23,90°C - 19,49°C), mais dans des proportions finalement assez faibles. Août 2002 avait d'ailleurs provoqué un réchauffement équivalent. Dans le cas des chaleurs exceptionnelles d'août 2003, l'emploi de la moyenne pondérée des quatre tributaires ne change pratiquement rien par rapport à la seule prise en compte du ruisseau de Pranaud dans l'écart avec l'aval (+4,67°C), la canicule ayant homogénéisé la température de tous les tributaires.

2 ) Les résultats de la méthode de reconstitution des gradients : un étang responsable des deux tiers du réchauffement estival du cours d'eau

53Les gradients thermiques ayant été réellement mesurés sur les cours d'eau concernés en juin et juillet, il a été décidé de les extrapoler à la traversée de l'étang seulement pour ces deux mêmes mois. En moyenne bimensuelle de juin et juillet 2003, la température mesurée au déversoir du Grand Étang a été de 24,79°C, celle du ru de Pranaud à la station de code "Goubault" de 18,37°C (Fig. 6). La méthode classique conclurait à un réchauffement de +6,42°C provoqué par l'étang, qui serait qualifié d'impact thermique. Mais les résultats sont différents si l'on essaie de séparer la part due à l'évolution naturelle du cours d'eau et celle due à l'étang, grâce à l'utilisation des gradients thermiques.

Figure 6 - Carte du réchauffement provoqué par le Grand Étang de Cieux, selon la méthode du gradient thermique.

Figure 6 - Carte du réchauffement provoqué par le Grand Étang de Cieux, selon la méthode du gradient thermique.

54Si l'on applique à tous les tributaires le gradient de 0,093°C/100 m mesuré sur le ruisseau de Pranaud, la température en sortie du Grand Étang devrait être de 20,54°C, soit une évolution naturelle de +2,17°C d'amont en aval, correspondant à 34 % du réchauffement total. La part due à l'étang serait ainsi de 66 % (4,28°C). Si l'on applique à tous les tributaires le gradient de 0,27°C/100 m mesuré sur le ruisseau du Theil, la température en sortie du Grand Étang devrait être de 23,10°C, soit une évolution naturelle de +4,73°C d'amont en aval, correspondant à 74 % du réchauffement total. La part due à l'étang serait ainsi de 26 % (1,69°C).

55Les deux résultats étant assez différents, il semble plus prudent de conseiller l'utilisation du gradient de 0,093°C/100 m, mesuré sur une distance nettement plus longue et tendant donc à mieux lisser les irrégularités dues à la succession de tronçons à l'ombre et au soleil, à mieux correspondre à des valeurs moyennes exploitables sur l'ensemble des cours d'eau. Dans ce cas, l'écart entre l'entrée et la sortie est dû pour deux tiers à l'étang et pour un tiers à l'évolution naturelle des cours d'eau d'amont en aval. Le gradient de 0,27°C/100 m pourrait quant à lui être préconisé si l'on voulait affiner la méthode par l'utilisation de plusieurs gradients en fonction des segments.

3 ) Pour une discussion des liens entre le fonctionnement interne de l'étang et son impact sur le cours d'eau

56Quand, dans la bibliographie, l'impact est pensé comme l'écart entre l'entrée du plus grand tributaire et la sortie de l'étang, il n'est pas cherché une cause autre que la faute pleine et entière du plan d'eau. De fait, l'étang étant considéré comme une boîte noire, il n'est pas besoin d'en connaître le fonctionnement, donc de l'instrumenter. Et dans les rares exceptions existantes, l'équipement du plan d'eau ne permet pas d'étudier son comportement, ses alternances de stratifications et de brassages. Ainsi, dans leur étude de l'impact de six étangs, J.R. MAXTED et al. (2005) ont équipé chaque site de trois thermomètres, un dans le cours d'eau d'entrée, un dans celui de sortie et un à l'intérieur du plan d'eau. Ce dernier, situé entre 10 et 50 cm de la surface selon les étangs, n'autorise qu'à confirmer que l'eau chaude de surface est bien celle qui se déverse dans l'émissaire, mais ne permet pas de comprendre la micticité du plan d'eau.

57Il est au contraire proposé ici d'associer les températures d'entrée et de sortie des tributaires et de l'émissaire avec le fonctionnement interne de l'étang et de tenter d'ébaucher une classification des types de temps pendant lesquels la méthode classique et les nouvelles méthodes ici proposées donnent des résultats plus ou moins proches ou éloignés. Cette typologie s'appuie sur le concept de géolimnosystème en associant le fonctionnement du plan d'eau à son amont et son aval, et sur celui de limnogéosystème en associant la structuration des couches thermiques de l'étang à son comportement temporel alternant les périodes de stratification et de brassage. Le mois d'août 2002 est ici sélectionné, quand le Grand Étang était muni d'une chaîne de bouée à laquelle étaient fixés sept thermomètres depuis la surface jusqu'à 3 m de profondeur, en même temps que fonctionnaient les thermomètres des quatre tributaires et de l'émissaire.

58En période de stratification marquée de l'étang, le réchauffement du cours d'eau par le plan d'eau est en général fort, le plus souvent supérieur à +4°C, et les deux nouvelles méthodes proposées donnent un réchauffement un peu inférieur à la méthode classique, souvent de 10 à 20 % pour la moyenne pondérée et de 25 à 35 % pour le gradient thermique. Cette première famille se subdivise en deux types. Lors des stratifications d'après-midi et de soirée (Fig. 7, le 16 août à 19 h), la thermocline est proche de la surface, la couche superficielle de l'étang est surchauffée, l'écart entre l'entrée et la sortie est élevé. Lors de ces après-midi ensoleillés, les quatre tributaires du plateau se réchauffent fortement, mais le ruisseau de Pranaud, montagnard et forestier, reste frais. La méthode de la moyenne pondérée de tous les affluents donne donc des résultats assez différents de la méthode classique fondée sur le seul grand affluent. Lors des stratifications de fin de nuit et de matinée (Fig. 7, le 22 août à 8 h), la thermocline s'est approfondie, l'eau superficielle de l'étang s'est rafraîchie mais les tributaires aussi, si bien que l'écart entre l'entrée et la sortie reste élevé. Mais les cinq tributaires s'étant refroidis à une température à peu près égale, la méthode de la moyenne pondérée donne des résultats à peu près équivalents à ceux de la méthode classique.

Figure 7 - Le réchauffement du cours d'eau par le Grand Étang de Cieux selon trois méthodes, en lien avec les profils thermiques de stratification ou de brassage.

Figure 7 - Le réchauffement du cours d'eau par le Grand Étang de Cieux selon trois méthodes, en lien avec les profils thermiques de stratification ou de brassage.

59En période de brassage de l'étang, le réchauffement du cours d'eau par le plan d'eau est en général faible, le plus souvent inférieur à +3°C ou +4°C, et les deux nouvelles méthodes proposées donnent un réchauffement proportionnellement très inférieur à la méthode classique, souvent de 15 à 30 % pour la moyenne pondérée et de 40 à 60 % pour le gradient thermique. Cette seconde famille se subdivise en deux types. Lors des brassages forcés de l'étang par le vent lors d'après-midi chauds (Fig. 7, le 4 août à 19 h), la couche de fond est presque aussi chaude que celle de surface, les quatre tributaires du plateau sont chauds mais le ruisseau de Pranaud, montagnard, reste frais. La méthode de la moyenne pondérée donne des réchauffements dus à l'étang nettement moins forts que ceux de la méthode classique. Un second type devient plus fréquent lors des matinées de fin d'été (Fig. 7, le 29 août à 9 h) : les tributaires sont alors froids et ils le sont tous les cinq, cependant que le brassage de l'étang, à la fois par convection forcée et libre, conduit à des homothermies de la tranche d'eau de l'étang qui conserve encore une certaine chaleur estivale. La méthode de la moyenne pondérée donne alors des résultats assez proches de la méthode classique, tandis que celle du gradient réduit fortement un réchauffement dû à l'étang déjà faible en absolu.

60Entre ces quatre types principaux, il existe bien entendu une grande variété de cas intermédiaires qui forment autant de situations particulières.

VI - Conclusion

61À partir du moment où un plan d'eau artificiel n'est pas jugé négativement, mais pris comme un fait existant, un certain relativisme des repères s'opère et le retour à l'état initial n'est plus l'objectif exclusif. Il est alors possible d'envisager qu'un étang en barrage de cours d'eau ne soit pas réduit à un fauteur d'impact calculé entre l'entrée du principal tributaire et la sortie au déversoir. C'est cette manière de voir qui a été adoptée ici. Le plan d'eau n'étant pas considéré comme un point de rupture, mais comme un objet d'une certaine taille s'étendant sur une certaine distance à l'intérieur du continuum hydrosystémique, la question spatiale reprend alors toute sa valeur. C'est dans cette optique que la quantification de l'impact d'un plan d'eau sur la température du cours d'eau a été reprise. Deux méthodes ont été éprouvées. La première rend les entrées fluviales plus complexes et proches de la réalité, en remplaçant la seule température du tributaire principal par la moyenne pondérée de tous les affluents. La seconde prend en compte l'évolution du cours d'eau d'amont en aval, qui, sur un piémont de moyenne montagne et en tête de bassin, aurait vu sa température se réchauffer même sans étang. Plusieurs valeurs de gradients thermiques ont ainsi été essayées. Dans les deux méthodes, l'impact causé par l'étang reste assez important, mais il l'est moins que dans l'estimation classique.

62La méthode de la moyenne pondérée permet de confirmer une signature d'étang fondée sur l'augmentation des minima plus que celle des maxima, donc une réduction des amplitudes diurnes. Quant au réchauffement dû au Grand Étang, il est de +1,8°C à l'échelle annuelle et supérieur à +4°C de juin à septembre. À chaque fois que le tributaire principal, dans un environnement montagnard forestier, reste frais, tandis que les quatre autres affluents, de plateau découvert, se réchauffent, la méthode de la moyenne pondérée donne un impact de l'étang inférieur à celui de la méthode classique. L'écart entre les deux méthodes culmine lors des coups de vent orageux d'été, qui brassent l'étang à déversoir en amenant les calories dans les couches profondes.

63La méthode du gradient thermique, en appliquant aux températures estivales la valeur mesurée sur le tributaire principal, réduit la part du réchauffement due à l'étang aux deux tiers du total mesuré par la méthode classique, un tiers étant en fait provoqué par l'évolution naturelle des cours d'eau d'amont en aval. Si l'on prend des valeurs de gradient plus fortes, notamment celle mesurée sur le plus petit affluent, la part de responsabilité de l'étang diminue encore.

64Du fait de sa très grande taille et de son système d'évacuation d'eau par un déversoir, on aurait pu penser que l'effet thermique du Grand Étang de Cieux sur le réseau hydrographique ait été particulièrement fort. À l'inverse, sa position en tant que dernier plan d'eau de la chaîne aurait pu laisser supposer un impact faible, n'ajoutant pas grand-chose au cumul de tous les étangs situés dans le bassin plus en amont. Or il se trouve que, finalement, tant par sa signature, notamment la diminution de l'amplitude diurne, que par son intensité, un réchauffement proche de +2°C à l'échelle annuelle, l'effet thermique du Grand Étang est assez semblable à celui de petits étangs isolés à déversoir de surface barrant un ruisseau unique, comme ceux étudiés précédemment par L. TOUCHART (2001). Cela tendrait à confirmer les résultats donnés par L. TOUCHART et al. (2023), qui, à travers l'étude d'une chaîne d'une cinquantaine d'étangs, ont montré que chacun d'entre eux avait un fonctionnement presque indépendant, la température de l'eau de sortie dépendant du bilan radiatif climatique de l'étang, cependant que la température d'entrée des petits ruisseaux ne compte pas pour grand-chose.

65D'autres études de cas seraient néanmoins nécessaires, en diversifiant les types de sortie d'eau et en y incluant des systèmes d'évacuation d'eau de fond. Mais, surtout, il s'agirait de penser différemment les problèmes d'impact environnemental, non seulement en prenant plus en compte la question spatiale, mais aussi en ne la compartimentant pas, en n'opposant pas les eaux courantes et dormantes. Cela demanderait de ne plus considérer le plan d'eau comme exclusivement une rupture de cours d'eau, mais comme un limnosystème intégré à l'ensemble du réseau hydrographique. Dès lors, c'est bien tout l'ensemble qu'il convient d'étudier, non seulement l'évolution d'amont en aval, mais aussi le fonctionnement interne de l'étang.

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Table des illustrations

Titre Tableau I - Les dimensions du Grand Étang de Cieux.
Légende Chiffres repris de M. CARLINI (2006), mais avec transformation des niveaux d'eau relatifs du déversoir en cotes altitudinales absolues.
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Titre Figure 1 - Carte de localisation des thermomètres enregistreurs dans le bassin versant du Grand Étang de Cieux.
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Titre Figure 2 - Schéma des périodes de fonctionnement des thermomètres enregistreurs dans l'émissaire et les quatre tributaires du Grand Étang de Cieux.
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Titre Figure 3 - Carte de la méthodologie du gradient thermique à la traversée du Grand Étang de Cieux.
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Titre Figure 4 - Carte du réchauffement provoqué par le Grand Étang de Cieux, selon la méthode de la moyenne pondérée des entrées fluviales.
URL http://0-journals-openedition-org.catalogue.libraries.london.ac.uk/physio-geo/docannexe/image/16838/img-8.jpg
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Titre Figure 5 - Courbes des douze moyennes mensuelles de température de l'eau à l'entrée (pondération des quatre tributaires) et à la sortie du Grand Étang de Cieux.
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Titre Tableau II - Moyenne mensuelle quadriennale (2002-2005) d'août des températures de l'eau en amont et en aval du Grand Étang de Cieux (en °C).
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Titre Figure 6 - Carte du réchauffement provoqué par le Grand Étang de Cieux, selon la méthode du gradient thermique.
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Titre Figure 7 - Le réchauffement du cours d'eau par le Grand Étang de Cieux selon trois méthodes, en lien avec les profils thermiques de stratification ou de brassage.
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Pour citer cet article

Référence papier

Laurent Touchart et Pascal Bartout, « Pour une évaluation plus géographique de l'impact environnemental des plans d'eau, le cas de la température de l'eau du Grand Étang de Cieux (Haute-Vienne) »Physio-Géo, Volume 20 | -1, 85-111.

Référence électronique

Laurent Touchart et Pascal Bartout, « Pour une évaluation plus géographique de l'impact environnemental des plans d'eau, le cas de la température de l'eau du Grand Étang de Cieux (Haute-Vienne) »Physio-Géo [En ligne], Volume 20 | 2024, mis en ligne le 04 mai 2024, consulté le 21 juin 2024. URL : http://0-journals-openedition-org.catalogue.libraries.london.ac.uk/physio-geo/16838 ; DOI : https://0-doi-org.catalogue.libraries.london.ac.uk/10.4000/physio-geo.16838

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Auteurs

Laurent Touchart

Laboratoire CEDETE, Département de Géographie, Université d'Orléans, 10 rue de Tours, 45065 ORLÉANS cedex 2.
Courriel : Laurent.touchart@univ-orleans.fr

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Pascal Bartout

Laboratoire CEDETE, Département de Géographie, Université d'Orléans, 10 rue de Tours, 45065 ORLÉANS cedex 2.
Courriel : Pascal.bartout@univ-orleans.fr

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