# Climat, eau, biodiversité

Alain Perrier, Yves Brunet

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Alain Perrier, Yves Brunet. Climat, eau, biodiversité. La revue de l'Académie d'agriculture, 2016, 9, pp.54-59. hal-02631908

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La Revue
de l'Académie d'agriculture

N°9
Mai 2016

Dossier :
La Cop21, le climat et l'agriculture

Actualités
Les nouveaux membres élus
en décembre 2015
L'avenir de l'élevage en
France, un des enjeux majeurs
de la réforme territoriale

Futurs
La prise alimentaire,
une neurobiologie
complexe

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ACADÉMIE
d'AGRICULTURE
de FRANCE
## Alain Perrier et Yves Brunet

### Membres de l'Académie d'agriculture

## Climat, eau, biodiversité

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Alain Perrier,
Chef de département INRA.
Directeur scientifique INRA.
Professeur de physique de
l'environnement AgroParisTech

Yves Brunet,
Membre correspondant de
l'Académie d'agriculture
Directeur de recherche
à l'INRA

La gestion des ressources en eau et de la biodiversité doivent être appréhendées et gérées à l'échelle du territoire, lieu privilégié d'expression des besoins humains de développement. Ces derniers font face à des contraintes environnementales qui s'ajoutent à celles du climat en devenir, et qu'il faut respecter et maîtriser en jouant sur l'évolution possible de la zone critique<fnref n="1" /> par l'aménagement et la gestion des espaces, de leurs écosystèmes et hydro-systèmes(²). Il faut ainsi, à cette échelle, mieux valoriser la ressource pluie, notamment en améliorant sa collecte, son stockage et son partage, réguler l'évaporation, et si possible créer de nouvelles ressources. Le territoire français ne manquera pas vraiment d'eau, si on met en place à l'échelon local une meilleure gestion des eaux disponibles.

La ressource territoriale primaire en eau est la pluie, qui dépend en premier lieu du climat mais aussi du relief, de la continentalité et de la gestion écologique des espaces (retour sous forme de pluie). Comme cette ressource est variable dans le temps, le meilleur équilibre territorial visant à amortir les aléas nécessite une infiltration maximale pour la mettre à l'abri de l'évaporation (stockage dans les sols, le sous-sol et les nappes plus ou moins profondes). Face à l'irrégularité des pluies, tout stockage a sa constante de temps

<footnote n="1">1 On désigne par « zone critique » la zone d'interface située entre l'atmosphère et la croûte terrestre. Très réactive, cette région est le lieu majeur des principaux processus physiques et biologiques sous-tendant les échanges de masse, d'énergie, d'espèces et de gènes, avec leur cortège de flux d'information.</footnote>

<footnote>(²) On sait que les « infrastructures vertes » (zones humides, sols, écosystèmes forestiers, étendues beigeuses, etc.) jouent sur l'alimentation en eau potable, la régulation des inondations, le contrôle de l'érosion et le stockage de l'eau. Elles ont ainsi sur ces ressources, ainsi que sur la biodiversité en général, un rôle tout aussi considérable que les infrastructures « grises » (barrages, réservoirs et zones humides afférentes, réseaux d'adduction et de drainage, etc.).</footnote>
<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Améliorer l'efficience de l'eau et maintenir la biodiversité grâce à l'agroforesterie : couvert de sarrasin sous noyers (photo P. Donadieu)</figcaption></figure>

qui garantit une certaine continuité dans la disponibilité en eau, indispensable au développement d'une vaste biodiversité végétale et animale. Sans frein face aux besoins d'exploitation de l'homme, et sans effort pour maintenir les surfaces et leur potentiel de production, le système voit sa couverture et sa biodiversité se réduire ; le ruissellement et l'érosion alors favorisés facilitent les pertes de sédiments, réduisent l'eau disponible, perturbent les cours d'eau et leur écologie, accroissent les pertes vers la mer.

En dehors du fonctionnement dynamique des systèmes aquatiques (richesse de leur développement biologique) et des besoins sociétaux (réservoirs et production d'électricité), les écoulements de surface restent une forme de non-valorisation optimale de l'eau douce continentale. Ils ne jouent pas un rôle d'atténuation du réchauf-

fement territorial et induisent une perte potentielle de biomasse et de biodiversité : les quantités d'eau disponibles dans la zone critique représentent en effet, avec la température et l'énergie lumineuse accessible, les facteurs vitaux du développement des écosystèmes et de leur biodiversité. Or c'est précisément la diversité et l'adaptabilité de ces écosystèmes qui favorisent au mieux la rétention de l'eau dans la zone critique, son utilisation par le monde végétal et animal, et in fine l'évaporation continentale qui représente environ deux tiers des pluies continentales. Il ne faut pas oublier que toute eau, une fois prélevée par les écosystèmes (« eau verte »), est toujours transpirée dans les heures qui suivent ; si elle ne représente en gestion durable qu'une fraction de la ressource locale, elle n'est, à l'échelle de la biosphère, qu'un emprunt (constante de temps entre l'eau verte

sous forme vapeur et son retour sous forme de pluie, ou « eau bleue » d'environ douze jours). A moyenne échelle au moins, toute détérioration ou restauration de ce potentiel biologique de recyclage modifie les quantités d'eau mises en jeu qui, de façon récurrente, conduisent à un appauvrissement ou une augmentation des apports moyens de pluie.

Sur les continents, l'important est donc de thésauriser cette ressource renouvelable disponible pour l'utiliser à bon escient au cours du cycle annuel et sur tous les espaces possibles, afin de favoriser un maximum de biomasse territoriale et de biodiversité. C'est aussi un moyen de refroidir significativement le climat local (transpiration végétale) et d'améliorer ce dernier pour les agro- et écosystèmes (moindre aridité avec un climat moins chaud et plus
humide). Dans cet esprit, les aménagements arborés de l'espace rural (arbres, haies, ripisylves, bois et bosquets...) ainsi que les systèmes agroforestiers sont à promouvoir car ils permettent de maintenir la biodiversité et améliorer l'efficience de l'eau verte (voir plus loin). Le maillage spatial de ces divers systèmes favorise la production de matériaux divers et de biomasse utilisable comme source renouvelable d'énergie, et améliore la durabilité d'une production alimentaire plus écologique grâce à la revitalisation de la biodiversité.

Ces objectifs constituent les meilleurs moyens d'entretenir et valoriser la resource en eau si, bien sûr, toutes les techniques pour augmenter son efficience à l'échelle des territoires sont prises en compte (agro-écologie, apport d'eau bleue en complément si nécessaire...). Cinq voies d'amélioration possible de cette efficience, visant à améliorer les potentialités des milieux, leur biodiversité et donc leurs productions, sont proposées ici.

## VALORISER LA RESSOURCE PLUIE

Plus un territoire est couvert de végétation, plus il consomme régulièrement l'eau bleue disponible et maintient le climat local frais et humide. Sur de vastes régions, la juxtaposition de territoires bien couverts permet avec les masses humides déplacées d'accumuler le meilleur potentiel de condensation favorable au retour sous forme de pluie.

La première valorisation de l'eau concerne le fonctionnement et le développement des écosystèmes constitutifs des paysages : il s'agit d'évoluer vers un environnement de qualité, durable dans l'espace et le

temps, nécessaire pour maintenir la meilleure adéquation entre les spécificités actuelles des milieux et leurs évolutions. Il faut pour cela éviter les dégradations et améliorer au mieux les aménités résultant de la richesse d'une biodiversité utile aux milieux, à leur préservation, à leur résilience ainsi qu'à une évolution rendue nécessaire par les besoins de l'homme.

La deuxième valorisation de l'eau d'un territoire est son utilisation directe pour toutes les formes de productions. Tout en préservant un environnement de qualité, il faut assurer les importants besoins en aliments et en ressources industrielles biologiques utiles aux sociétés en devenir ; toutes sont extraites d'une biodiversité valorisée dans le respect d'un enrichissement de la biosphère continentale aussi bien que marine. Ce mode de valorisation répond aux besoins de nature (aspects patrimoniaux, lieux de loisirs...) et de séquestration du carbone, que ce soit dans les sols, en biomasse verte sur pied ou en matériau bois.

L'optimisation de ces deux formes complémentaires de valorisation est à adapter à tous les espaces – « naturels », ruraux et urbains – au sein des territoires. Elle doit également s'inscrire dans une politique de réhabilitation des milieux endommagés depuis des millénaires par la surexploitation de l'homme. On cherchera ainsi à améliorer le fonctionnement de la zone critique, et des sols en particulier, dans tous les territoires ; il s'agira notamment d'améliorer leurs fonctions régulatrices indispensables : infiltration profonde, effet épurateur, stockage, ralentissement des écoulements, réduction des crues... Le stockage naturel de l'eau en sera renforcé, éventuellement par des solutions plus artificielles (réserves, connections entre

territoires) qui permettront d'optimiser les reports en périodes déficitaires.

Ces orientations concourent à maximiser le recyclage annuel de la resource en eau. Celle-ci doit être estimée en valeur pluriannuelle afin d'intégrer les fluctuations climatiques et favoriser, par ajustement progressif, la consommation moyenne la plus élevée possible en fonction de sa disponibilité et de son évolution. On tend ainsi à une valorisation maximale de l'eau tout en favorisant les fonctions avantageuses énoncées. Plus rare est l'eau, plus l'augmentation du volume disponible demande une bonne maîtrise des techniques d'artificialisation, comme la récupération des eaux non encore captées ou la réutilisation des eaux déjà consommées (les coefficients d'utilisation allant de 0.2 à 1.5, l'amélioration est souvent possible).

## JOUER SUR LA COLLECTE, LE STOCKAGE ET LE PARTAGE DE L'EAU

La collecte et le stockage naturels de l'eau ont été à l'orée des civilisations, qui se sont toutes développées le long des fleuves. Ces derniers ont pour origine les grands châteaux d'eau que sont les hauts reliefs du monde où le stockage naturel des neiges permanentes et des glaciers permet de lisser le poids des fluctuations climatiques sur les débits, la fonte estivale permettant de maintenir des étiages assez élevés. Le réchauffement climatique va diminuer à terme cet effet en réduisant les surfaces de neige et de glace – donc les stocks et leur constante de temps – tout en accentuant ruissellement, érosion et inondation des piémonts et plaines alluviales. Avec la remontée des eaux océaniques et ses effets désastreux (inondations, salinisation des sols, pertes en sur-
<figure><img src="image_6.png" /></figure>

Aménager le paysage : cultures en terrasses et réservoir d'appoint au Niger
(photo M. Griffon)

faces cultivables aux conséquences humaines fortes), la perte de ce stock de haute montagne est un effet majeur du changement climatique, qui ne pourra être que partiellement compensé par une gestion dynamique (enfouissement du trop-plein automnal et hivernal des fleuves pour éviter leur perte dans les océans).

Le second type de stockage est celui des nappes plus ou moins profondes et volumineuses, dont la constante de temps peut varier de l'annuel au cen-tennal et plus, en fonction du volume concerné et surtout du flux de renou-vellement. Partout où le système géo-logique le permet, il s'agit de valoriser les nappes en les considérant comme des réservoirs pratiquement fermés où mettre à l'abri les eaux de ruisselle-ment (infiltration naturelle ou artificielle). L'objectif est de rendre les surplus dis-ponibles en période de raréfaction, ce qui limiterait aussi les risques d'inon-dation : toute forme de stockage par-ticipe de facto à l'effort de lutte contre les crues, fort désastreuses en zones urbaines et à habitats denses de fond de vallée. De nombreux espaces (prai-

ries, forêts, parcelles agricoles avec semis tardifs) peuvent en complément être aménagés pour servir de retenues temporaires en favorisant les transferts profonds vers les nappes, et en réduis-sant et retardant les écoulements vers les rivières ; cette fonction n'est dom-mageable que sur la durée, selon la sensibilité à l'anoxie des écosystèmes inondés.

En France, les grands canaux d'ali-mentation en eau des territoires assurent déjà cette valorisation des pluies par une meilleure régulation de la disponibilité en eau de vastes espaces irrigués, augmentant ainsi leur efficience biologique et climatique par une meilleure transpiration. La gestion de cette eau conforte les acti-vités humaines et l'allocation d'eau : sauvegarde d'un débit d'étiage mini-mal (vie et biodiversité des cours d'eau), création de réservoirs aména-gés en nouvelles zones écologiques riches en biodiversité et en espaces de loisirs (baignade, nautisme, équita-tion, observations écologiques, etc.). Avec la lente évolution du climat, et dans les zones les plus touchées

par une éventuelle baisse de la res-source annuelle, la gestion devra s'af-finer pour jouer sur des reports plus fréquents entre phases pluvieuses et sèches, et pour utiliser les moyens offerts par les réserves naturelles ou artificielles. L'objectif reste d'éviter au mieux les « pertes inutiles » à la mer pour favoriser le développement des territoires et la gestion optimale de la couverture végétale, garante d'un fonctionnement écologique équili-bré, d'une biodiversité efficace, d'une source de production diversifiée.

Dans leur ensemble, ces aménage-ments s'inscrivent dans le cadre d'une vision multifonctionnelle reposant sur l'adaptation des espèces utilisées, la réduction des contraintes et l'adop-tion de stratégies d'évolution fondées sur la recapitalisation des milieux bio-physiques et la prise en compte des incertitudes. Les principes bénéfiques de gestion territoriale devront être inté-grés au niveau régional pour permettre l'optimisation et le partage d'une res-source variable d'un territoire à un autre, et qui doit prendre en compte le changement éventuel de production dû au choix d'espèces mieux adap-tées à l'évolution du milieu.

## RÉGULER L'ÉVAPORATION

La maîtrise des apports d'eau dans le temps, utile pour réguler l'évapo-ration des couverts en fonction des besoins de production, a pour objectif de maximiser leur efficience en eau (kg de matière utile produite par kg d'eau transpirée) tout en cherchant à répar-tir au mieux les types de couverts à l'échelle territoriale, ainsi que les res-sources nécessaires pour minimiser la consommation évaporée. Au-delà des techniques agronomiques classiques, on peut accompagner cette optimisa-tion par un aménagement des terri-
toires visant à créer des microclimats favorables à une moindre consommation en eau des agrosystèmes. Ceci passe par le développement de techniques jouant sur la répartition spatiale et temporelle de haies, bosquets, rip-sylves, dispositions d'arbres en couverts plus ou moins denses, ainsi que de trames dites vertes et bleues. Cette approche passe aussi par l'adaptation de nouvelles espèces régionales, de systèmes culturaux plus couvrants permettant la fixation de matière organique et d'éléments minéraux au cours de la rotation, sans oublier le choix de couverts mieux adaptés aux conditions environnementales améliorées.

Dans ce contexte, les agrosystèmes plurispécifiques peuvent induire une production plus régulière voire meilleure, tout en favorisant l'efficience de l'eau ; c'est en particulier le cas de l'agroforesterie, qui consiste à associer sur une même parcelle arbres et cultures. Plusieurs études ont en effet montré que, à condition de bien choisir les essences en fonction de leur rôle dans l'aménagement, on pouvait augmenter la productivité des cultures, et que sous une strate supérieure plus ou moins éparse, la réduction du rayonnement et de la vitesse du vent ainsi que l'augmentation de l'humidité de l'air réduisaient de manière significative l'évaporation des cultures et augmentaient l'efficience de l'eau. Une nouvelle version de ces systèmes multi-strates consiste à disposer des panneaux solaires au-dessus des cultures, à hauteur « ad hoc ». Ce système, encore expérimental, vise à combiner production d'électricité et production alimentaire sur la même surface et pendant la même période de temps. Maintenir au mieux la transpiration sur le cycle annuel et prolonger le plus possible cette période grâce à la régulation de l'évaporation et la valo-

risation de l'eau disponible, tel est le défi actuel du maintien d'une activité biologique et de sa biodiversité dans la zone critique. L'eau de pluie rendue utilisable par l'aménagement ne constitue qu'un emprunt annuel productif, permettant, grâce aux agro-et écosystèmes créés et entretenus au sein du territoire, une amélioration des microclimats, des milieux et de la production. Toutes les améliorations variétales et techniques des relations sol-plante-eau doivent conduire à la meilleure synergie possible.

## OPTIMISER L'ÉQUILIBRE TERRITORIAL DE L'OCCUPATION DU SOL

L'alimentation étant un problème pré-occupant, il faudra fournir aliments et biens nécessaires à la société. Aussi sera-t-il primordial de conserver voire d'augmenter les surfaces consacrées aux agrosystèmes en milieux naturels ou artificialisés, et surtout poursuivre la lutte contre tout réchauffement dû aux agrosystèmes non couvrants, aux surfaces dont les couverts sont dégradés (surexploitation), ou aux zones en désertification. Il s'agira ainsi de poursuivre la reconquête d'une couverture maximale par des écosystèmes aux rôles réfrigérants et micro-climatiques avérés. On visera aussi à optimiser l'équilibre territorial entre les agrosystèmes et les autres écosystèmes de l'espace de manière à obtenir un bon équilibre entre la ressource rendue disponible à l'échelle interannuelle moyenne et l'eau verte nécessaire.

L'accroissement de la population mondiale entraînera par ailleurs une augmentation des surfaces artificiées (production alimentaire, habitats, commerces, transports) et une nécessaire densification de l'espace

bâti, responsables d'une perte de sol et d'une élévation des températures pouvant s'avérer néfaste au confort de l'homme et renforçant le réchauffement climatique. La place de la végétation en ville doit faire l'objet d'une attention particulière dans les politiques d'urbanisation (étalement vs. densification), comme facteur à la fois d'atténuation du phénomène d'îlot de chaleur et de maîtrise des dépenses énergétiques, des émissions de gaz à effet de serre, de la qualité de l'air, du devenir des eaux pluviales, de la biodiversité en ville, etc. Il faudra avoir recours à toutes les innovations en puissance : végétalisation des surfaces, multiplication des aménagements végétaux sur toit en terrasse et dans tous les lieux urbains permettant d'en implanter, création de petites zones de jardinage ou d'espaces verts de loisirs pour réintroduire les effets positifs du cycle de l'eau.

## CRÉER UNE RESSOURCE : DESSALER L'EAU DE MER

Favoriser le recyclage biologique de l'eau dans le cadre d'une politique de développement et de reconquête environnementale du territoire peut sembler en forte compétition avec les besoins humains et industriels si cette reconquête ne s'appuie pas sur des réserves, quelles qu'elles soient : réelles (nappe profonde), mieux capitalisées, importées par redistribution territoriale ou encore à créer.

Réduire le cycle d'eau verte pour satisfaire les besoins anthropiques et le choix des citadins (confort et gains par appauvrissement du milieu) devient un contresens face au devenir des sociétés. Hypothéquer le futur de cette ressource est une démarche facile mais non durable, voire suicidaire : c'est ce choix de détérioration
inévitable par surexploitation qui a
créé au cours des siècles l'aridifica-
tion de tant de milieux. Par ailleurs, si
les besoins en eau dus à l'accroisse-
ment des activités industrielles sont
globalement de mieux en mieux maî-
trisés et restent très inférieurs aux
volumes d'eau verte, ce n'est plus le
cas partout – tout au moins en pro-
jection –, comme dans les zones de
concentrations urbaines et indus-
trielles. Là aussi, la surexploitation des
systèmes biologiques par les activi-
tés humaines, aux effets peu visibles
à l'échelle d'une génération, a provo-
qué des dégradations considérables.

Nous sommes bien là face à de véri-
tables dangers : pour les contrer, il faut
d'une part mieux valoriser l'eau reçue
(pluie) pour le développement des
systèmes biologiques, épurateurs et
générateurs du cycle de l'eau (points
précédents) ; et il faut d'autre part que
les activités industrielles et humaines,
hors alimentation, s'appuient sur des
ressources supplémentaires, au pre-
mier rang desquelles l'eau de mer.

Si les techniques utilisées ont long-
temps limité le développement de
la désalinisation, en lui conférant
un coût relativement prohibitif, les
récents progrès dans le domaine sont
prometteurs ; la production mondiale
croît d'environ 10 % par an. Il faudra
certes continuer à améliorer la maî-
trise des problèmes écologiques (uti-
lisation de l'énergie fossile et rejets
chimiques) en allant vers l'utilisation
de l'énergie solaire et la récupéra-
tion et valorisation des saumures. A
terme, la désalinisation pourrait favo-
riser à moindre frais le développement
d'un confort social et d'une industria-
lisation croissante, sans nuire à celui
des surfaces végétalisées produc-
tives, ni au bon entretien des espaces
patrimoniaux et de l'environnement.

Pour les zones arides, peut-être fau-
dra-t-il aussi faire appel à cette pro-
duction pour aider à ré-initier sur des
surfaces toujours plus grandes un
cycle de l'eau futur?

QUADRUPLER EN 50 ANS
L'EAU APPORTÉE AUX
AGROSYSTÈMES ?

Ce tour d'horizon de quelques pos-
sibilités d'action à l'échelle des terri-
toires débouche sur des questions
dominantes : le partage de l'eau entre
espaces végétaux peu anthropisés
(forêts, savanes, brousses, prairies
naturelles), agriculture sensu stricto
et activités anthropiques est-il la seule
issue ? Les sociétés n'auraient-elles
pas d'autres moyens de gérer à terme
leurs besoins que de piller ce qui reste
de végétation et de cycle de l'eau ?
Certes, au niveau des Etats et grandes
régions un partage est souvent néces-
saire compte tenu des dépendances
aux grands châteaux d'eau et à leurs
écoulements. Mais la gestion actuelle
ne devient-elle pas contre-productive
à terme, si l'on ne cherche pas à cap-
ter au maximum les ressources renou-
velables disponibles, donc aussi à uti-
liser toutes les techniques de collecte
de l'eau (naturelles, artificielles dont la
désalinisation) pour favoriser d'abord
le développement des couvertures
végétales, sources de biodiversité, en
s'appuyant sur leur aptitude au recy-
clage bioclimatique naturel ?

Une gestion collective de l'eau renou-
velable doit viser à utiliser la ressource
d'abord pour développer la qualité
environnementale des territoires et leur
production alimentaire (l'eau verte qui
favorise la production de biomasse et
le recyclage de l'eau sous forme de
pluie). Comme on l'a vu, il s'agit bien
d'aller vers un « jardinage planétaire »,
afin de rompre avec la priorité don-

née au développement industriel et
humain, source des surexploitations
des milieux naturels qui a entraîné
une dégradation des potentialités des
milieux et des ressources (tant végé-
tales que liées au sol, puis au climat et
au cycle de l'eau) et conduit à l'aridifi-
cation des milieux, voire à la désertifi-
cation. Si de nos jours, on se bat pour
une production d'énergie diversifiée et
renouvelable, pourquoi ne pas com-
mencer aussi à produire l'eau pour les
activités humaines, notamment par
la désalinisation, et d'abord là où elle
risque de manquer le plus ?

Le territoire français ne manque pas
vraiment d'eau : 40 % de la ressource
pluie n'est pas utilisée sous forme
d'eau verte et l'ensemble des utilisa-
tions anthropiques ne dépasse pas
10 %, dont au moins la moitié peut
se retrouver disponible si les rejets se
font sous forme d'eau réutilisable pour
les milieux. Ne faut-il donc pas mener
d'abord une politique de gestion plus
complète des eaux disponibles en vue
d'un bon développement environne-
mental des territoires et d'une meil-
leure valorisation à terme de la res-
source pluie ? Un objectif à cinquante
ans pourrait ainsi conduire à baisser de
moitié les écoulements à la mer et mul-
tiplier ainsi par quatre l'eau apportée
actuellement aux agrosystèmes, tout
en favorisant la production des éco-
systèmes et l'aménagement d'un envi-
ronnement favorable.

Enfin, la mise en place de solutions
territoriales ne saurait faire oublier
la nécessité de poursuivre de vrais
recherches théoriques et expérimen-
tales dans le domaine, et d'établir
une gouvernance globale de l'eau
qui soit d'abord environnementale et
écologique, la seule à même d'éviter,
à terme, des dommages de grande
ampleur et des conflits.