l'amont du bassin versant restent caractérisés par des valeurs non négligeables (0,15 à 0,25 t.ha⁻¹.an⁻¹).

<figure><img src="image_69.png" /><figcaption>Figure 68 : Transfert sédimentaire spécifique pour 18 unités hydrologiques élémentaires du bassin versant de l'Ardières</figcaption></figure>

Une analyse de la contribution relative au transferts sédimentaires modélisés par type d'occupation du sol permet de mettre en évidence la large dominance de la vigne sur le bassin versant. Tous types de vigne confondus les secteurs viticoles contribuent à 72% du transfert total alors qu'ils ne représentent que 23% de la superficie du bassin. 33% des transferts sont issus des vignes désherbées, 39% des vignes partiellement enherbées et 10% des vignes enherbées (Figure 69). En ce sens, les vignes désherbées présentent le transfert spécifique moyen le plus élevé (1.6 t.ha⁻¹.an⁻¹, Figure 70). Les vignes partiellement enherbées et désherbées montrent un transfert spécifique plus faible (i.e. respectivement 1 et 0.6 t.ha⁻¹.an⁻¹), mais restent des contributeurs significatifs du fait de leur large étendue spatiale. Les parcelles de culture céréalières, peu présentes sur le bassin (3%), contribuent tout de même de manière importante (10% des transferts) du fait de leur transferts spécifiques élevés (1.4 t.ha⁻¹.an⁻¹). Inversement les 11% de contribution de la prairie (24% de la surface du bassin versant) sont principalement liés à l'effet de l'emprise spatiale de ce type d'occupation du sol, plus qu'à ses transferts spécifiques (0.18 t.ha⁻¹.an⁻¹). La forêt contribue de manière très marginale (3%) du fait notamment du facteur C très bas, limitant le transfert spécifique à 0.02 t.ha⁻¹.an⁻¹. Les transferts observés dans les secteurs urbanisés et routiers s'opèrent principalement dans les zones de très forte concentration des flux. Malgré des facteurs K et C très faibles ces zones peuvent potentiellement produire un volume résiduel de sédiments et les transférer vers l'aval (i.e. bords de routes, jardins etc.).
<figure><img src="image_70.png" /><figcaption>Figure 69 : Contribution relative de chaque type d'occupation du sol au cumul des transferts sédimentaires modélisés</figcaption></figure>

<figure><img src="image_71.png" /><figcaption>Figure 70 : Transferts sédimentaires spécifiques moyens par type d'occupation du sol</figcaption></figure>

### III.1.4. Retour critique sur la méthode et améliorations potentielles

La méthode employée pour la modélisation INVEST-SDR, notamment sa partie RUSLE a été historiquement développée en contexte de grande culture céréalière, assez différent du contexte viticole (Wischmeier and Smith, 1978 ; Renard et al., 1997). Même si ce type de modélisation a été largement utilisé dans d'autres types d'environnement (Alewell et al., 2019) y compris viticoles (Novara et al., 2011 ; Napoli et al., 2016 ; Cossart et al., 2020), la méthode reste principalement basée sur des équations empiriques calées à partir d'observations *in situ* mises en relation avec des facteurs explicatifs. En ce sens, le modèle ne représente pas directement les processus physiques et peut de ce fait, être affecté par une certaine imprécision dans les estimations. Les résultats chiffrés présentés doivent plutôt être considérés comme des ordres de grandeur qui permettent de hiérarchiser les secteurs d'un bassin versant en fonction de leurs caractéristiques locales, que comme un modèle prédictif des quantités exactes qui pourraient être érodées puis transportées.
Lors de ce travail de modélisation, nous avons apporté un grand soin à la production des cartes de facteurs des équations d'érosion et de transport à partir des données les plus précises disponibles. Quelques pistes d'amélioration peuvent tout de même être proposées pour certains facteurs. Ainsi le facteur R, qui propose une spatialisation de l'érosivité des pluies sur la base des données SAFRAN (maille de 8 km), pourrait être amélioré en précision par l'utilisation, selon la même méthode, de données issues des radars de pluie (maille de 1 km).

Le facteur K a été construit par agrégation de deux sources de données produites à des échelles très différentes (7 500ème et 250 000ème). En ce sens, la cartographie des sols pour les secteurs non viticoles reste peu adaptée à l'échelle de travail très détaillée sélectionnée dans le cadre de ce projet. Ainsi, il serait important de pouvoir compléter la cartographie des sols actuellement disponible par des sondages pédologiques et analyses de laboratoire associées dans les zones situées à l'amont du bassin versant, où peu d'observations ont été réalisées. Il s'agit notamment des parcelles cultivées et de prairies dont la contribution relative au transferts reste non négligeable.

Les facteurs LS ainsi que la carte de connectivité ont été dérivés à partir du modèle numérique de terrain à 5 mètres de résolution de l'IGN (RGE-Alti 5). Très récemment, l'IGN a mis à disposition un levé lidar haute résolution sur le département du Rhône, offrant ainsi la possibilité de disposer d'un MNT à 1 mètre de résolution (voire inférieur localement). L'acquisition de ces données devrait ainsi permettre d'améliorer la précision de l'analyse, en prenant en compte certains effets de la microtopographie et potentiellement de certains ouvrages de gestion des flux hydrosédimentaires.

Le facteur C a été calculé selon deux méthodes distinctes avec une focalisation sur le secteur viticole. Face aux résultats de ce travail, il semblerait judicieux de déployer la méthode de télédétection utilisée pour les parcelles de culture céréalière au regard de leur contribution aux transferts sédimentaires.

Plus largement, la disponibilité de données multi-sources ainsi que d'un suivi fin des transferts sédimentaires à trois échelles emboitées offre un contexte favorable aux développements méthodologiques. Une première analyse à conduire serait de tester l'apport de l'intégration de données haute résolution dans les procédures de modélisation INVEST-SDR et en proposer une analyse coût bénéfice. Ainsi, les questions de transposabilité de l'approche à des échelles plus larges (régionales, voire nationales) pourraient être discutées sur la base de ces résultats locaux.

Dans le contexte du Beaujolais viticole, les réseaux d'infrastructures linéaires (réseaux de drainage inter et intra parcellaire, routes, chemins etc.) constituent des éléments majeurs dans la détermination des dynamiques spatiales de flux hydrosédimentaires. De même, les nombreux pièges à sédiments et autres infrastructures de rétention sur les versants n'ont pas pu être intégrés à l'analyse du fait de l'échelle de travail et de la méthode utilisée. Le recours à des procédures de modélisation alternatives, locales, déployées dans le cadre de ce projet seront présentées dans les prochaines sections de ce rapport.

### III.1.5. Conclusions

Cette section a présenté les principes généraux, les méthodes de calage et les résultats du modèle sédimentaire INVEST-SDR appliqué à l'ensemble des 142 km² du bassin versant de l'Ardières. Cette spatialisation de l'érosion suivant différents facteurs permet de localiser les principales zones sources de sédiments et d'en déterminer le contexte physique et agricole local. Ce travail amène à proposer des compléments d'interprétation aux mesures stationnelles. Les résultats montrent un bassin versant particulièrement sensible à l'érosion et aux transferts sédimentaires dans la partie viticole. Ainsi, le
domaine viticole, représentant 24 % de la surface totale du bassin versant est responsable de 74% des transferts sédimentaires. Ceci est principalement lié à la conjonction d'un couvert végétal peu développé (en particulier en période hivernale) et d'une localisation préférentielle des vignes sur des secteurs en pente influençant à la hausse les vitesses érosion sur ces secteurs. Par ailleurs, certains secteurs de grande culture à l'amont du bassin versant montrent des contributions relatives significatives (10% des flux), malgré une emprise spatiale limitée (3%). Ce type de modélisation permet également d'inclure de manière assez flexible des scénarios d'évolution de l'occupation des sols qui seront présentés dans la partie IV de ce rapport.
## III.2. GRAPHE : approche à l'échelle du sous bassin-versant pour expliquer les interactions ruissellement / infrastructures de drainage

La méthodologie présentée dans cette partie a pour objectif de décrypter l'implication des éléments de la structure paysagère dans les transferts hydrosédimentaires en Beaujolais viticole. La méthode développée repose sur une formalisation de la structure spatiale du paysage selon la théorie des graphes afin d'évaluer la connectivité sédimentaire au cours d'eau dans le bassin versant de la Morcille. Cette approche présente notamment l'intérêt d'intégrer de manière exhaustive les infrastructures de linéaires et ponctuelles de la structure paysagère. Une version détaillée peut être trouvée dans Pic (2023).

Cette partie se décompose en trois parties :

- Présentation des données de caractérisation de la structure paysagère

- Description de la formalisation de la structure spatiale du modèle employé

- Présentation des résultats

### III.2.1. Acquisition des données de base

L'inventaire des éléments de la structure paysagère a pour objectif de caractériser leur diversité au sein du secteur d'étude leur influence sur la connectivité flux hydrosédimentaires au cours d'eau. Pour ce faire la cartographie exhaustive des éléments d'origine anthropique de la structure paysagère qui ont une influence sur l'organisation spatiale des flux hydrosédimentaires a été nécessaire, soit : le contexte physique, l'occupation du sol, les infrastructures linéaires de drainage des versants et les collecteurs de sédiments. L'ensemble des données utilisées est synthétisé dans le Tableau 10.

<table><caption>Tableau 10 : Synthèse des données utilisées (Pic, 2023)</caption><thead><tr><th>Données recherchées</th><th>Base de données utilisée</th><th>Producteur</th><th>Méthode d'acquisition</th><th>Date de production de la donnée</th><th>Résolution</th><th>Format</th><th>Type d'entités spatiales</th><th>Intérêts</th><th>Limites</th></tr></thead><tbody><tr><td>Réseau hydrographique</td><td>BD TOPO®</td><td>IGN</td><td>X</td><td>2017</td><td>1:1 000</td><td>vecteur</td><td>lignes</td><td>Bonne précision</td><td>Pas forcément cohérent avec le MNT</td></tr><tr><td>MNT</td><td>RGE ALTI®</td><td>IGN</td><td>Prétraitements PULSE</td><td>2020</td><td>2m</td><td>raster</td><td>pixels</td><td>MNT hydrologiquement correct</td><td>Précision insuffisante pour l'inventaire des infrastructures de drainage</td></tr><tr><td>Occupation du sol</td><td>X</td><td>J.PIC</td><td>Photo-interprétation</td><td>2020</td><td>1:5000</td><td>vecteur</td><td>surfaces</td><td>Parcelle paysagère</td><td>chronophage</td></tr><tr><td>Axes routiers</td><td>BD TOPO®</td><td>IGN</td><td>X</td><td>2017</td><td>> 1:2 000 à < 1:50 000</td><td>vecteur</td><td>lignes</td><td>Bonne précision</td><td>X</td></tr><tr><td>Chemins inter-parcellaires</td><td>X</td><td>J.PIC</td><td>Photo-interprétation</td><td>2019</td><td>1:200</td><td>vecteur</td><td>lignes</td><td></td><td>X</td></tr><tr><td>Fossés</td><td>X</td><td>J.PIC</td><td></td><td>2020</td><td>1:200</td><td>vecteur</td><td>lignes</td><td>Bonne précision + connexions hydrologiques</td><td>chronophage</td></tr><tr><td>Haies</td><td>X</td><td>J.PIC</td><td>Inventaire de terrain</td><td>2020</td><td>1:200</td><td>vecteur</td><td>lignes</td><td></td><td>non-exhaustif</td></tr><tr><td>Collecteurs de sédiments</td><td>X</td><td>J.PIC</td><td></td><td>2020</td><td>1:200</td><td>vecteur</td><td>points</td><td></td><td>non-exhaustif</td></tr></tbody></table>

#### III.2.1.1. Éléments du milieu physique

##### III.2.1.1.1. Réseau hydrographique

Le réseau hydrographique qui a été utilisé est celui issu de la BD TOPO® (IGN, 2017a). Ce choix a été privilégié du fait de la précision de la donnée de l'ordre du mètre, une des meilleures parmi les données disponibles, et de sa concordance avec le MNT produit par l'(IGN (2020a).
### III.2.1.1.2. Relief

La représentation des axes d'écoulement selon la pente nécessite de disposer d'informations sur la topographie du secteur considéré. Un MNT précis et d'une résolution suffisamment fine est nécessaire pour enregistrer les trajectoires des écoulements de surface sur les versants. Le MNT d'une résolution de 1 m du RGE ALTI® produit par l'IGN (2020a) a été privilégié. Des prétraitements ont été réalisés manuellement afin d'améliorer la qualité et la précision du MNT pour une utilisation à échelle fine : effacer le bruit lié à la végétation, combler les cuvettes et corriger la localisation du cours d'eau.

### III.2.1.2. Occupation du sol

Pour que les modes d'occupation du sol aient un sens en termes de transferts hydrosédimentaires, il faut considérer la parcelle au sens paysager du terme. Il s'agit de la plus petite entité avec des caractéristiques internes homogènes, tant en termes de mode d'occupation du sol que, pour les parcelles agricoles, de mode de culture et de manière à ce qu'elle ne soit pas subdivisée par une quelconque infrastructure.

L'occupation du sol a été cartographiée par digitalisation manuelle au 1 : 5000 à partir de la BD ORTHO®7 (IGN, 2017b) ; (Cossart et al., 2020). La photo-interprétation a été privilégiée car elle permet une distinction très fine des modes d'occupation du sol par comparaison à d'autres méthodes qui ont tendance à agréger des modes d'occupation du sol proches. La typologie utilisée dans le cadre de cette recherche comprend huit modes d'occupation du sol : (1) la vigne, (2) les prairies, (3) les autres formes d'agriculture, (4) les friches, (5) les forêts et espaces boisés, (6) le bâti, (7) les zone de chantiers et d'extraction de matériaux, (8) les surfaces en eau.

### III.2.1.3. Infrastructures de drainage

Il existe en Beaujolais viticole de nombreuses infrastructures linéaires ayant un rôle de drainage des versants. Du fait de leur diversité et de leurs effets variables sur les transferts hydrosédimentaires, une typologie a été réalisée afin de cartographier les infrastructures.

#### III.2.1.3.1. Typologie des infrastructures linéaires

La typologie comporte huit éléments. Les axes routiers se partagent en trois types sur la base de la nature de leur tablier<fnref n="8" /> : les routes, les chemins non-enherbés, les chemins enherbés (Figure 71 – A à C). Les routes sont des axes goudronnés où se déplacent principalement des véhicules motorisés. Ils présentent le degré d'imperméabilisation le plus important, considéré comme total. Les chemins sont des axes de déplacement à vocation agricole ou pédestre et présentent des types variés de revêtements à l'exception du bitume. La typologie intègre deux types de chemins : les chemins enherbés dont le tablier se caractérise par un couvert herbacé et les chemins non-enherbés qui sont généralement en terre.

Les bandes enherbées de largeur réduite (maximum 10 m) sont comprises dans les chemins enherbés dans la typologie, du fait qu'elles s'y apparentent par leur physionomie (Figure 71 – D). Seul leur usage, dans le sens où elles n'ont pas vocation à servir d'axe de déplacement, permet de les en différencier. Associées à d'autres infrastructures linéaires ou au voisinage des cours d'eau et perpendiculairement à la pente, elles ont pour rôle de servir de zone tampon pour l'infiltration et la sédimentation des flux

<footnote n="7">⁷ BD ORTHO® : Base de données d'orthophotographies produite pour l'ensemble de la France métropolitaine par l'Institut Géographique National à une résolution de 20 cm.</footnote>

<footnote n="8">⁸ La nature du tablier correspond au revêtement de l'axe routier.</footnote>
hydrosédimentaires bien que leur efficacité apparaisse comme variable au vu de leurs caractéristiques (largeur, type de couvert végétal, densité de végétation) et de leur position au sein du bassin versant.

Trois types de fossés sont distingués du fait de leurs caractéristiques et fonctionnalités qui définit leur capacité à concentrer / dissocier les flux, les accélérer / ralentir ou limiter leur arrivée au cours d'eau (Viel, 2012 ; Bereswill et al., 2014 ; Levavasseur et al., 2016). Il s'agit des gouttières de canalisation, des canalisations enterrées et des fossés enherbés (Figure 71 – D à F).

- Les gouttières de canalisation consistent en une excavation en béton, utilisée pour exporter les flux provenant des parcelles viticoles. Elles sont généralement orientées dans le sens de la pente et peuvent être intra- ou extra-parcellaires. Elles sont de taille réduite, entre 20 cm et 50 cm de large.

- Les canalisations enterrées sont des réseaux de fossés souterrains. Elles sont orientées dans le sens de la pente et permettent l'évacuation des flux hydrosédimentaires collectés dans plusieurs parcelles. Elles sont de dimension variable : de 25 cm à 1 m de diamètre.

- Les fossés enherbés se caractérisent par leur enherbement et leur taille moyenne est plus large que les gouttières de canalisation et les canalisations enterrées (largeur et profondeur). Ils sont fréquemment localisés le long des routes ou des chemins principaux. Ils sont principalement orientés perpendiculairement à la pente mais aussi dans le sens de la pente sur des pentes douces.

La spécificité agricole et la sensibilité à l'érosion du sol du territoire ajoutent des bourrelets de terre à cette typologie. Il s'agit de talus de, généralement, moins de 50 cm de haut et orientés perpendiculairement à la pente (Figure 71 – G & H). Ils ont pour rôle l'interception du ruissellement et l'acheminement des flux hydrosédimentaire vers l'un des trois types de fossés. Ils sont observables dans deux situations : (1) lorsqu'ils bordent des chemins ou (2) se trouvent au sein des parcelles viticoles et sont alors désignés comme des « rases » par les viticulteurs.
<figure><img src="image_72.png" /></figure>

Figure 71 : Typologie des infrastructures de drainage et des collecteurs de sédiments. A – Route principale. B – Chemin non-enherbé. C – Chemin enherbé. D – Fossé enherbé bordé par une bande enherbée. E – Gouttière de canalisation. F – Canalisation enterrée. G – Bourrelet de terre bordant un chemin. H – Bourrelet de terre au sein d'une parcelle de vigne. I & J : Différents types de collecteurs de sédiments (Pic, 2023)
Les haies sont le dernier élément de la typologie d'infrastructures linéaires. Elles se trouvent préférentiellement à proximité des cours d'eau ou en bord de prairie et témoignent souvent de la présence conjointe d'un fossé enherbé. En Beaujolais, leur présence est réduite : 23 km de linéaire de haies dans le bassin versant de la Morcille. Elles constituent rarement une barrière avérée aux écoulements de surface et aux sédiments associés du fait de leur discontinuité et de leur absence de localisation sur un talus. Il n'y a que lorsqu'elles servent d'exutoire aux réseaux de drainage qu'elles agissent comme des puits à sédiments en favorisant le stockage sur les versants.

En complément des infrastructures linéaires, les collecteurs de sédiments désignent l'ensemble des structures qui permettent de dissocier les sédiments du ruissellement qui les transporte (Figure 71 – I & J). Il peut s'agir d'infrastructures dont l'objectif est la collecte des sédiments ou de structures visant au stockage d'une partie des eaux de ruissellement (mares, étangs). Dans le premier cas, ils sont mis en place par les viticulteurs qui collectent les sédiments pour construire ou renforcer les bourrelets de terre. La taille et la conception des collecteurs de sédiments varient considérablement en Beaujolais. Il peut s'agir de structures bétonnées qui comprennent plusieurs séparations internes comme de simples trous creusés dans le sol.

### III.2.1.3.2. Inventaire des infrastructures linéaires

La constitution de la base de données cartographique d'infrastructures de drainage a, dans un premier temps, été réalisée par collecte des données existantes puis par photo-interprétation pour celles visibles sur les photographies aériennes hautes résolution (BD ORTHO®) de l'IGN (2017b) : axes routiers. Conjointement, un travail de terrain pour un relevé exhaustif de l'ensemble des fossés / bourrelets de terre / collecteurs de sédiments et des connexions de l'ensemble des infrastructures (Figure 72).

<figure><img src="image_73.png" /><figcaption>Figure 72 : Schéma d'organisation du cheminement des sédiments dans le paysage, bassin versant de la Morcille (Pic, 2023)</figcaption></figure>

L'ensemble des éléments constituant la base de données de la structure paysagère ont servi à différentes analyses afin de discuter le rôle de la structure paysagère dans les transferts hydrosédimentaires. La partie suivante présente les détails de la construction de la structure spatiale
utilisée et des analyses réalisées dans ce cadre. La formalisation spatiale des interactions entre les
différents éléments de la structure paysagère repose sur la théorie des graphes.

III.2.2. Construction du graphe de cheminement hydrosédimentaire

L'idée de ce travail fut d'appréhender les transferts hydrosédimentaires au travers d'une approche vectorielle fondée sur le principe de connectivité (Fressard & Cossart, 2019), de manière à intégrer l'influence de l'ensemble des éléments de la structure paysagère. La structure paysagère est conceptualisée selon les principes de la théorie des graphes et formalisée sous la forme de graphe spatialisé. Le graphe de la structure paysagère (Figure 73) associe la topographie, les modes d'occupation du sol et les infrastructures linéaires de manière à mesurer les déformations qu'elles engendrent et décrypter le patron spatial effectif des flux hydrosédimentaires. Cette représentation permet l'intégration de l'ensemble des éléments de la structure paysagère dans une même structure spatiale sans faire de compromis sur la résolution des données en entrée ou les temps de traitements. Le graphe de la structure paysagère se structure sous la forme d'un ensemble de lignes, correspondant à des axes de ruissellements et qui sont connectés au niveau de nœuds.

<figure><img src="image_74.png" /><figcaption>Figure 73 : Bassin versant virtuel explicitant la formalisation du graphe de la structure paysagère. Les lignes noires représentent l'écoulement topographique (Pic, 2023)</figcaption></figure>

La formalisation de la base de données sous forme de graphe a nécessité la mise en commun des
différents éléments de la structure paysagère. L'ensemble des traitements présentés dans cette partie
ont été réalisés à l'aide du logiciel QGIS et de son interface de programmation d'application en langage
Python (QGIS Association, 2023).
### III.2.2.1. Formalisation du cheminement hydro-sédimentaire sous forme de graphe

Tout d'abord, un graphe d'écoulement topographique est généré selon la méthode de (Fressard & Cossart, 2019). Il est créé à partir du MNT rééchantillonné à 10 m afin de limiter les biais liés à sa précision et de réduire le nombre d'entités spatiales. La direction de flux est extraite à partir du MNT. Le MNT est converti en semis de points de même résolution et les valeurs d'orientation de la direction des flux permettent de générer les liens entre deux nœuds.

Dans un second temps le graphe topographique est subdivisé au niveau des infrastructures de drainage pour produire un graphe représentatif de l'ensemble de la structure paysagère. Seules les canalisations enterrées, qui impliquent des circulations de flux hydrosédimentaires en sous-terrain, ne subdivisent pas le graphe topographique.

#### III.2.2.1.1. Caractéristiques du graphe

Le graphe de la structure paysagère se définit par son caractère orienté afin de représenter le sens de l'écoulement. L'orientation de l'écoulement au sein du réseau est obtenue de manière automatique à partir des données d'altitude issues du MNT. L'orientation de l'écoulement permet d'organiser la structure du réseau et de vérifier la validité des connexions entre les infrastructures. Comme dans le cas d'un réseau hydrographique, le réseau d'infrastructure de drainage présente une organisation amont/aval. L'altitude des points d'extrémité est attribuée aux entités linéaires afin de calculer la pente des infrastructures. Les infrastructures sont orientées dans le sens de l'écoulement, c'est-à-dire dans le sens de la pente.

L'orientation du graphe d'infrastructure ne suffit pas à déterminer le chemin effectivement emprunté par les flux hydrosédimentaires lors de leur circulation dans le réseau. Plusieurs infrastructures linéaires peuvent se situer à l'aval d'une infrastructure. Dans ce cas, les flux hydrosédimentaires ne peuvent transiter que par une seule infrastructure. Ainsi lorsque le choix entre plusieurs infrastructures aval se présente, le choix se fait en faveur du type avec la plus grande capacité de canalisation selon une hiérarchie établie sur la base de l'expertise de terrain. Une infrastructure encaissée présente une capacité de canalisation plus forte qu'une infrastructure non-encaissée. La hiérarchie est la suivante, du type présentant la plus forte capacité de canalisation au type avec la plus faible :

(1) Canalisation enterrée

(2) Fossé enherbé

(3) Gouttière de canalisation

(4) Bourrelet de terre

(5) Chemin enherbé

(6) Chemin non enherbé

(7) Route principale

(8) Topographie

Si plusieurs infrastructures sont du type le plus canalisant, alors c'est l'infrastructure la plus pentue qui est empruntée par les flux hydrosédimentaires.
La formalisation de la structure paysagère sous forme de graphe a permis de déterminer deux indicateurs de la connectivité hydrosédimentaire : la **distance des sédiments au cours d'eau par le réseau** de drainage en tout point du bassin versant et la **surface drainée** par chacune des infrastructures anthropiques.

### III.2.2.1.2. L'indice de connectivité (IC) dans le graphe

L'indice de connectivité (Borselli et al., 2008, voir section III.1.2.2 pour une description détaillée de l'indice) a été implémenté car il présente l'intérêt d'évaluer un potentiel de transport sédimentaire en intégrant la pente, la distance au réseau hydrographique et la rugosité des surfaces traversées). Il constitue un bon rapport entre efficacité et simplicité.

Pour que le calcul de l'IC soit possible, tous les éléments du graphe doivent présenter une valeur de :

- Pente (m/m). Les valeurs minimales et maximales de pente doivent être bornées de manière à éviter les erreurs de calcul (Borselli et al., 2008 ; Cavalli et al., 2013). La valeur de 0,005 m/m est appliquée aux infrastructures dont les pentes y sont inférieures et la valeur maximale de pente est bornée à 1 m/m.

- Distance à une cible (m). La connectivité est définie relativement à une cible, la distance de la source sédimentaire est déterminée à partir de cette cible. La distance à la cible se restreint ici à la stricte distance au cours d'eau en parcourant le réseau.

- Surface amont drainée (m²).

- Rugosité (paramètre adimensionnel). Le choix du coefficient de rugosité a une grande importance dans les résultats obtenus. Des valeurs de rugosité correspondantes au facteur C du USLE-RUSLE ont été appliquées aux éléments correspondant à l'écoulement topographique et aux infrastructures de drainage en fonction de son mode d'occupation du sol principal ou du type d'infrastructure de drainage. Les coefficients de rugosité appliqué sont synthétisés dans le Tableau 11.

<table><caption>Tableau 11 : Synthèse des coefficients de rugosité appliqués dans le graphe pour le calcul de l'IC
(Pic, 2023)</caption><thead><tr><th>Infrastructure du graphe</th><th>Coefficient de rugosité</th><th>Commentaire</th></tr></thead><tbody><tr><td>Bâti</td><td>1</td><td></td></tr><tr><td>Zone de chantier</td><td>1</td><td></td></tr><tr><td>Friche</td><td>0.095</td><td rowspan="4">Facteur C classique du RUSLE</td></tr><tr><td>Forêt et espaces boisés</td><td>0.002</td></tr><tr><td>Vignoble</td><td>0.46</td></tr><tr><td>Prairie</td><td>0.15</td></tr><tr><td>Autres formes d'agricultures</td><td>0.4</td><td>Moyenne des facteurs pour les formes d'agricultures pouvant être retrouvées dans le secteur</td></tr><tr><td>Routes principales</td><td>1</td><td>Zone de bitume</td></tr><tr><td>Chemins non-enherbés</td><td>0.95</td><td>Terre à nu tassée ou pavée</td></tr><tr><td>Chemins enherbés</td><td>0.15</td><td>Prairie moins large</td></tr><tr><td>Fossés enherbés</td><td>0.25</td><td>Comme chemin enherbé mais plus canalisant</td></tr><tr><td>Gouttières de canalisation</td><td>0.95</td><td>Bitume mais moins canalisant que le fossé</td></tr><tr><td>Canalisations enterrées</td><td>1</td><td>Bitume et très canalisant</td></tr><tr><td>Bourrelets de terre</td><td>0.95</td><td>Terre à nu tassée, assez canalisant</td></tr></tbody></table>
### III.2.2.1.3. Analyse de l'influence des éléments de la structure paysagère sur l'IC

Différentes structures du graphe ont été comparées afin de démontrer l'influence des déformations induites par l'agencement paysager et les infrastructures anthropiques sur la connectivité sédimentaire. Nous proposons quatre itérations de l'indice de connectivité représentant le bassin versant avec différents niveaux de complexité (Tableau 12). L'intérêt de la démarche étant la comparaison, les résultats de l'IC ont été standardisés (centrés-réduits) pour chacune des itérations.

- La première itération est intitulée « IC classique », elle constitue l'état de référence et les autres itérations qui sont construites par l'ajout ou la soustraction de différents éléments de la structure paysagère. Ainsi, l'« IC classique » correspond à l'application dans le graphe de l'indice de connectivité tel que proposé par (Borselli et al., 2008). Le graphe intègre les voies d'écoulement des flux hydro-sédimentaires selon la seule topographie. Le calcul de l'IC prend en compte la pente, la surface drainée, la distance au cours d'eau et la rugosité.

- Une seconde itération « IC MOS homogènes » permet de visualiser l'effet des modes d'occupation du sol sur les valeurs de l'IC. Comme pour le scénario « IC classique », les voies d'écoulement sont déterminées à partir du seul graphe topographique. La différence réside dans la rugosité qui est considérée comme homogène dans l'ensemble du bassin versant.

- L'itération « IC drainage » correspond au calcul de l'« IC classique » mais dans un graphe qui intègre l'influence des infrastructures de drainage sur les voies d'écoulement. La structure spatiale d'implémentation change mais pas le mode de calcul basé sur la pente, la surface drainée, la distance au cours d'eau et la rugosité.

- La dernière itération « IC drainage / collecteur » intègre la rétention induite par les collecteurs de sédiments. Le graphe intègre les infrastructures de drainage. Les collecteurs de sédiments correspondent chacun à un exutoire qui draine un sous-réseau. Un abattement de 60 % de la valeur de l'IC est appliqué aux sous-réseaux connectés aux un collecteur de sédiments. Ce coefficient d'abattement a été choisi à partir de la moyenne calculée par (Chaize, 2022). Si les collecteurs de sédiments sont considérés comme efficaces (Foster et al., 2021), leur capacité de rétention en sédiments est variable et dépend de leurs caractéristiques de conception, de l'intensité de l'événement à l'origine du ruissellement, de la taille des particules qui y transitent et du taux remplissage de l'infrastructure.

<table><caption>Tableau 12 : Caractéristiques des itérations de calcul de l'IC (Pic, 2023)</caption><thead><tr><td>Itération</td><td>Graphe d'implémentation</td><td>Facteurs</td><td>Autre</td></tr></thead><tbody><tr><td>IC classique</td><td>Graphe topographique</td><td>Pente, surface drainée, distance au cours d'eau, rugosité</td><td>-</td></tr><tr><td>IC MOS homogènes</td><td>Graphe topographique</td><td>Pente, surface drainée, distance au cours d'eau</td><td>-</td></tr><tr><td>IC drainage</td><td>Graphe qui même infrastructures de drainage et topographie</td><td>Pente, surface drainée, distance au cours d'eau, rugosité</td><td>-</td></tr><tr><td>IC drainage / collecteur</td><td>Graphe qui même infrastructures de drainage et topographie</td><td>Pente, surface drainée, distance au cours d'eau, rugosité</td><td>Abattement de 60 % de la valeur de l'IC sur les secteurs connectés à un collecteur de sédiments</td></tr></tbody></table>
### III.2.3. Résultats : influence des infrastructures de gestion des flux hydrosédimentaires

Avant toute chose, il faut noter la très forte densité d'infrastructures de gestion des flux hydrosédimentaires en Beaujolais viticole. Le bassin versant de la Morcille compte une densité de 360 mètres d'infrastructures linéaires par hectare (36 km/km²) et 24 collecteurs de sédiments (Figure 74). Cette forte densité s'explique par le parcellaire viticole morcelé et la présence de fortes pentes, une volonté de limiter la production et les transferts sédimentaires par des effets de barrière (bourrelets de terre) et un système de drainage pour l'export des flux hydrosédimentaires des parcelles de vigne (gouttières de canalisation, de canalisations enterrées et de fossés enherbés).

<figure><img src="image_75.png" /><figcaption>Figure 74 : Infrastructures de drainage sur le bassin versant de la Morcille (Pic, 2023)</figcaption></figure>

Ces infrastructures sont à l'origine d'une distorsion du patron spatial des flux hydrosédimentaires. L'analyse des connexions du réseau de drainage souligne la volonté de collecte et d'export des flux hydrosédimentaires. L'export se fait un premier lieu en direction du cours d'eau, notamment par le biais de fossés enherbés. Les haies et les friches drainent aussi des superficies importantes posant la question d'une redirection volontaire pour l'infiltration du ruissellement et du stockage sédimentaire.

#### III.2.3.1. Distance au cours d'eau

La Figure 75 traduit l'influence du réseau de drainage sur la distance au cours d'eau pour les bassins versants de la Morcille.
<figure><img src="image_76.png" /></figure>

Figure 75 : A – Distance au cours d'eau par le réseau de drainage anthropique, bassin versant de la Morcille. B – Différence de distance au cours d'eau par le réseau de drainage par rapport à la seule topographie, bassin versant de la Morcille (Pic, 2023)

Dans le bassin versant de la Morcille, les secteurs directement connectés au cours d'eau représentent 4,1 km² (soit 50 % du bassin versant). Parmi ce secteurs, la distance moyenne au cours de est de 27 m et le secteur le plus éloigné est situé à 1785 m du cours d'eau. Les zones plus éloignées du cours d'eau sont situés (1) dans la tête du bassin versant, (2) dans la partie nord de la rive gauche et sur la rive droite au sud du secteur précédent.

Les infrastructures linéaires entrainent un allongement des distances au cours d'eau par rapport au cheminement des flux hydrosédimentaires régi par la seule topographie. La distance au cours d'eau est, en moyenne, plus importante de 75 m dans le bassin versant de la Morcille. Le secteur le plus rapproché du cours d'eau par le réseau de drainage est situé à – 581 m par rapport à sa distance topographique. À l'inverse, le secteur qui connaît l'éloignement le plus important par le réseau de drainage est situé 130 m plus loin du cours d'eau que topographiquement. Quatre secteurs présentent une réduction significative au cours d'eau par la prise en compte du réseau de drainage. Il s'agit de secteurs dont les flux hydrosédimentaires sont pris en charge par des réseaux qui parcourent de longues distances et drainent d'importantes superficies.

La distance au cours d'eau varie peu entre le seul écoulement topographique et la présence du réseau de drainage pour les secteurs de la plaine d'inondation des deux bassins versants. Bien que la différence de distance au cours d'eau entre la situation avec le réseau de drainage et le seul écoulement topographique ne soit pas significative, cela n'induit pas une moindre influence des infrastructures de drainage sur les transferts sédimentaires puisque cet indicateur ne permet pas d'intégrer l'efficacité de transport des sédiments par leur canalisation au sein des infrastructures de drainage.
### III.2.3.2. Modéliser la connectivité sédimentaire pour évaluer l'influence de la structure paysagère sur les processus

L'utilisation de l'indice de connectivité permet d'expliciter l'influence des éléments de la structure paysagère sur la connectivité sédimentaire. De ce fait, la Figure 76 représente cet indice selon les quatre itérations présentés précédemment. De haut en bas :

- La première carte « IC classique » correspond à une représentation classique de l'indice de connectivité. Le cheminement des flux hydrosédimentaires est régi par la seule topographie. La connectivité au cours d'eau dépend de quatre facteurs : la superficie drainée, la distance au cours d'eau, la pente et la rugosité.

- La deuxième carte « IC MOS homogènes » correspond à l'IC classique sans facteur de rugosité. La connectivité au cours d'eau dépend de la superficie drainée, de la distance et de la pente et le cheminement emprunté par les flux est seulement conditionné par la topographie.

- La troisième carte « IC drainage » est une modification de l'IC classique où le cheminement des flux est régi par la combinaison de la topographie et du réseau de drainage.

- La dernière carte « IC drainage / collecteur » intègre les collecteurs de sédiments en plus du réseau de drainage.

#### III.2.3.2.1. Variabilité de la connectivité à l'échelle du bassin versant

Les différences dans la part des entités du graphe des valeurs extrêmes mettent en valeur une réduction de la connectivité par la prise en compte des modes d'occupation du sol. En effet, les valeurs de l'IC qui dépassent 1,5 (plus forte connectivité) représentent entre 4,1 et 4,4 % des infrastructures du graphe pour les scénarios « IC classique », « IC drainage » et « IC drainage / collecteur ». Le scénario « IC MOS homogènes » présente une tendance différente puisque les valeurs supérieures à 1,5 représentent 6,8 % des entités du graphe. La part des valeurs de plus faible connectivité (inférieures à -1,5) présente une tendance similaire. Les scénarios « IC MOS homogènes », « IC drainage » et « IC drainage / collecteur » concernent entre 5,2 et 5,4 % des infrastructures des graphes. Le scénario « IC classique » présente une tendance différente puisqu'il concerne 7,8 % des infrastructures du graphe (Tableau 13).

<table><caption>Tableau 13 : Résultats de l'IC à l'échelle du bassin versant ; bassins versants de la Morcille</caption><thead><tr><th rowspan="2">Itération</th><th colspan="2">Valeurs brutes</th><th colspan="3">Valeurs standardisées (part des entités)</th></tr><tr><th>Min IC</th><th>Max IC</th><th>&lt; -1.5</th><th>-0,5 - 0.5[</th><th>&gt; 1.5</th></tr></thead><tbody><tr><th>IC classique</th><td>-9.58</td><td>-1.025</td><td>7.8%</td><td>40%</td><td>4.4%</td></tr><tr><th>IC MOS homogènes</th><td>-5.85</td><td>0.002</td><td>5.2%</td><td>31%</td><td>6.8%</td></tr><tr><th>IC drainage</th><td>-11.22</td><td>0.54</td><td>5.2%</td><td>29%</td><td>4.1%</td></tr><tr><th>IC drainage / collecteur</th><td>-14.31</td><td>0.29</td><td>5.4%</td><td>30%</td><td>3.0%</td></tr></tbody></table>

Les résultats de l'IC dans les itérations de prise en compte des infrastructures de drainage semblent témoigner d'une augmentation de la connectivité dans le bassin versant d'étude. En effet, malgré l'intégration des modes d'occupation du sol, les plus fortes valeurs de connectivité (supérieures à 1,5) présentent une part des entités du graphe similaire au scénario « IC classique ». Les scénarios investigués ne permettent toutefois pas de déterminer si la réduction de la connectivité par
l'intégration des modes d'occupation du sol est prépondérante sur l'augmentation de la connectivité par les infrastructures de drainage, ou l'inverse. Les différences sont ténues tant pour les valeurs brutes que pour les valeurs standardisées de l'IC pour les différents scénarios (Tableau 13).

### III.2.3.2.2. Variabilité locale de la connectivité : disparités internes au bassin versant

* **Influence des modes d'occupation du sol sur la connectivité sédimentaire dans les bassins versants d'étude**

Dans le bassin versant de la Morcille, les plus fortes valeurs de connectivité sont localisées dans le vignoble et dans les zones urbaines dans le scénario de référence (Figure 76 - IC classique). Le schéma de connectivité change complètement par l'abstraction de l'effet des modes d'occupation du sol (Figure 76 - IC MOS homogènes). Le scénario « IC MOS homogènes », les secteurs de plus forte connectivité sont situés dans la tête du bassin versant et aux alentours du cours d'eau (Figure 76 - IC MOS homogènes). La localisation de ces secteurs est corrélée à celle des plus fortes pentes et à la proximité immédiate du cours d'eau.

Concernant les secteurs de plus faible connectivité du scénario « IC classique », la quasi-intégralité de la tête de bassin versant présente des valeurs de l'IC inférieures à -3 (Figure 76 - IC classique). Ces secteurs de très faible connectivité découlent d'un cheminement des flux hydro-sédimentaires par des secteurs boisés (ripisylve, friches, forêt). Ce point explique pourquoi le scénario « IC MOS homogènes » ne présente aucun secteur où la connectivité est inférieure à -3 (bleu foncé).

* **Influence des réseaux de drainage sur la connectivité sédimentaire dans les bassins versants d'étude**

La connectivité au cours d'eau est plus fragmentée avec l'intégration du réseau de drainage du fait d'un assemblage qui la rend efficace (Figure 76 - IC drainage). Les secteurs de plus forte connectivité ou plus faible connectivité forment des îlots de superficie plus réduite dans le scénario « IC drainage » que dans le scénario « IC classique ». La fragmentation de la connectivité est d'autant plus forte que la densité d'infrastructures de drainage est forte. Ainsi, ce sont principalement les versants viticoles, où la densité d'infrastructures de drainage est la plus forte, qui sont affectés par l'intégration du réseau de drainage. La connectivité y est globalement plus moyenne que dans le scénario « IC classique » et les secteurs de forte ou faible connectivité sont restreints à des secteurs plus réduits.

L'intégration du réseau de drainage met en valeur des secteurs déconnectés du cours d'eau quand le réseau de drainage exporte les flux hydro-sédimentaires hors du bassin versant. Cela correspond à trois secteurs du bassin versant de la Morcille : un au nord-ouest, un au nord et un au sud. Ils correspondent à 2,5 km² (Figure 76 - IC drainage).

* **Influence des stockages sédimentaires sur la connectivité dans les bassins versants d'étude**

Les cartes intégrant les collecteurs de sédiments permettent d'identifier les secteurs de connectivité réduite et l'ampleur des zones drainées par les collecteurs (Figure 76 - IC drainage / collecteur). Si leur efficacité est certaine pour réduire la connectivité sédimentaire, elle se restreint à échelle locale.
<figure><img src="image_77.png" /></figure>

Figure 76 : Les différentes itérations de l'indice de connectivité sur les 4 graphes de la structure paysagère. De haut en bas : (1) IC classique, (2) IC classique sans prise en compte des effets de l'occupation du sol, (3) IC intégrant les réseaux de drainage, (4) IC intégrant les réseaux de drainage et les collecteurs de sédiments.

Le bassin versant de la Morcille comprend 24 collecteurs de sédiments qui drainent en cumulé 24,9 ha (3 % du bassin versant), soit en moyenne 1 ha. Le collecteur de sédiments qui draine la superficie la plus réduite est le collecteur le plus en amont du bassin versant (nord de la carte) et draine 0,03 ha. Certains collecteurs de sédiments sont mis en réseau, permettant une meilleure réduction de la connectivité, tant en superficie drainée qu'en sédiments piégés, comme c'est le cas au centre est du bassin versant. Ainsi le collecteur qui draine la superficie la plus importante draine 3,7 ha est situé dans un groupe de trois collecteurs situé le plus au sud en rive gauche (Figure 76 - IC drainage / collecteur). Le groupe de 6 collecteurs situé sur la rive gauche au nord du précédent qui paraît plus efficace correspond à trois groupes qui drainent chacun une superficie moindre. L'organisation sous la forme de trois des sous-réseaux de drainage spécifiques permet d'étendre la limitation de la connectivité sur
un secteur plus large. Cette stratégie a pu être privilégiée pour réduire la fréquence de curage des collecteurs et limiter leur saturation ou individualiser leur gestion.

### III.2.4. Conclusion

Le Beaujolais viticole se caractérise par la multiplicité des infrastructures paysagères d'origine anthropique. Dans ce cadre, l'application de l'approche GRAPHE avait pour objectif l'évaluation de la connectivité sédimentaire à l'échelle du sous-bassin versant. Elle a nécessité le développement d'une méthodologie spécifique pour d'intégrer la complexité de la structure paysagère et son influence sur les flux hydrosédimentaires. Le bassin versant de la Morcille se caractérise par une très haute densité d'infrastructures linéaires qui se structurent en réseau. L'objectif qui sous-tend l'organisation du réseau est l'export des flux vers le cours d'eau ou le stockage des sédiments dans des infrastructures à forte capacité de rétention (collecteurs, haies, friches).

L'application de l'indice de connectivité dans la structure du graphe a permis l'évaluation de la contribution des différents éléments de la structure paysagère à la connectivité sédimentaire. Il met en valeur la distorsion de la cascade sédimentaire et la fragmentation des versants par les réseaux de drainage. L'efficacité des collecteurs de sédiments pour réduire la connectivité à échelle locale a été soulignée, notamment quand ils sont organisés en réseau : succession de collecteurs drainant un même sous-réseau ou subdivision des sous-réseaux vers différents collecteurs situés à proximité les uns des autres. Leur gestion et leur efficacité dépassant l'échelle de la parcelle, ils sont une stratégie à envisager pour limiter la connectivité dans les secteurs où elle est la plus forte.
### III.3. Modélisation de l'influence des infrastructures agroécologiques sur le transfert particulaire et de pesticides : GeoMelba

Compte tenu de leur capacité à interagir avec le milieu récepteur après leur application (adsorption sur des particules riches en matière organique ou en argile, dégradation biotique ou abiotique), le devenir des pesticides dans l'environnement dépend fortement des composantes de l'écoulement gouvernant leur transfert hydrique (ruissellement, écoulement de subsurface, drainage par tuyaux enterrés, percolation puis transferts saturés via une nappe profonde) ainsi que des éléments du paysage interceptant potentiellement leur trajectoire et pouvant jouer selon le cas le rôle de zone tampon favorisant leur dissipation : surface enherbée, haie, talus, muret, fossé végétalisé, zone tampon humide artificielle ou au contraire d'accélérateur : buse, fossé nu, route, zone imperméabilisée (Gouy et al, 2008). La modélisation numérique représente une solution intéressante pour évaluer ex-ante l'efficacité de solutions correctives pour limiter le transfert de pesticides vers la ressource aquatique : changement d'occupation du sol, modification de pratiques agricoles ou aménagement d'infrastructures agroécologiques, sous réserve d'être capable de représenter l'évolution des processus induite par la mise en œuvre de ces solutions. Dans ce contexte, l'équipe Pollutions Diffuses a développé un modèle spatialisé orienté processus, PeshMelba (pour PESTicides et Hydrologie, ModELisation à l'échelle du BAssin versant) qui prend explicitement en compte l'influence des éléments du paysage sur le devenir des pesticides (Rouzies et al. 2019). L'objectif est de pouvoir hiérarchiser des scénarios de solutions correctives, à l'échelle d'un petit bassin versant. Ce modèle est organisé sous forme modulaire, les « modules » ou « simulateurs » représentant chacun un processus ou ensemble de processus advenant sur des éléments du paysage (surface élémentaire ou tronçon linéaire ou élément virtuel), couplés via la plateforme de modélisation environnementale OpenFluid (Fabre et al., 2010).

<figure><img src="image_78.png" /><figcaption>Figure 77 : Eléments du paysage et processus représentés par PeshMelba. d'après Rouzies et al, 2019</figcaption></figure>
### III.3.1. Développement d'un module « Erosion » dans PeshMelba

La version initiale du modèle ne représentait que le transfert des pesticides en phase soluble. Un module « érosion » a été développé dans le cadre d'un stage (Soares Lima 2022; Soares-Lima et al. 2023). Il s'inspire du modèle Mhydas-Erosion (Gumiere et al. 2011) pour représenter l'érosion inter-rigole et l'érosion en rigole et, de façon originale, représente également le dépôt des particules érodées, et leur remobilisation potentielle lors d'événements futurs.

<figure><img src="image_79.png" /><figcaption>Figure 78 : Processus hydriques d'érosion et dépôt sur une parcelle agricole représentés par le module d'érosion développé</figcaption></figure>

<figure><img src="image_80.png" /><figcaption>Figure 79 : Processus représentés pour chaque élément du paysage, sur le pas de temps courant. I : processus interrigole, R : processus en rigole. E<sub>amont</sub> : flux érosif venant de l'élément amont ; E<sub>i</sub> : flux d'érosion interrigole, E<sub>r</sub> : flux d'érosion en rigole, D<sub>d</sub> : dépôt en rigole, D<sub>m</sub> : dépôt (pas de temps précédent ou évènement précédent) remobilisé au pas de temps de calcul, E<sub>aval</sub> : flux transmis vers l'aval.</figcaption></figure>
Ce module distingue également les processus en jeu selon le type d'élément du paysage considéré : ainsi un fossé n'est soumis qu'à l'érosion en rigole et au dépôt de sédiments, une bande enherbée est considérée ne participer qu'au dépôt de sédiments, et ne pas pouvoir être érodée. Les premiers tests sur ce module se sont avérés prometteurs ; il reste toutefois à l'intégrer au sein du modèle PeshMelba et à le tester de façon plus intensive avant de pouvoir envisager une mise en œuvre opérationnelle de ce module. Cette version ne sera donc pas présentée plus en détail dans ce rapport, et continuera à évoluer avec le modèle dynamique PeshMelba.

### III.3.1.1. Développement d'un outil géomatique de modélisation simplifiée : GeoMelba-Spirit

GeoMelba est un outil géomatique initialement développé pour construire le maillage sur un bassin versant et calculer les connexions topologiques entre les éléments du paysage (UH : Unités Homogènes, déterminées selon l'occupation du sol, la pédologie, la topographie, ... et TE : Tronçons Elémentaires, définis à partir des éléments linéaires d'origine anthropiques ou à partir des cours d'eau), sur lesquels s'appuie ensuite le modèle PeshMelba pour calculer dynamiquement les flux échangés entre ces éléments (Figure 80).

<figure><img src="image_81.png" /><figcaption>Figure 80 : représentation schématique de la construction du maillage et des connexions dans GeoMelba. D'après Rouzies (2023)</figcaption></figure>

### III.3.1.2. Contexte du développement de GeoMelba-Spirit

Dans le cadre de deux projets destinés à favoriser le dialogue entre les acteurs locaux pour faciliter l'émergence de solutions collectives à l'échelle du bassin versant, et s'appuyant tous deux sur le Beaujolais de Coteaux<fnref n="9" />, il est apparu utile de développer une version « autonome » de GeoMelba, qui permette un diagnostic préalable des parcelles à risque de transferts de pesticides et des potentialités d'atténuation sur un bassin versant, et qui puisse notamment être utilisée dans le cadre d'ateliers participatifs. Cette version, appelée GeoMelba-Spirit et implémentée sous Qgis sous forme d'un plugin Python, permet d'évaluer à la volée l'effet d'un changement d'occupation du sol (par exemple

<footnote n="9">⁹ Projet Ecophyto SPIRIT : Solutions collectives partagées pour limiter l'impact ds résidus phytomharmaceittiques sur les milieux aquatiques à l'échelle du territoire. 2019-2023. (resp Véronique Gouy) et projet AURA DIALECTIC : Démarche Interdisciplinaire pour l'Aide à L'Engagement Collectif en Territoires agricoles : Croisement modèle de scénarios spatialisés - approche anthropologique – démarche participative pour faciliter l'action collective visant à limiter la contamination des cours d'eau. 2019-2023 (resp Véronique Gouy)</footnote>
conversion d'une parcelle de vigne en prairie, restructuration et/ou enherbement de la vigne), d'une évolution des pratiques (passage d'une stratégie de traitement assurantiel, visant à maximiser le rendement, à une stratégie de traitement optimisée ou n'utilisant pas de chimie de synthèse) ou de la mise en place d'infrastructures agroécologiques (par exemple végétalisation d'un fossé, mise en place d'une haie ou d'une bande enherbée). Il s'appuie sur un comportement moyen des éléments du paysage au fil de l'année, déterminé à dire d'expert (ou en s'appuyant sur la modélisation pour les éléments du paysage jouant le rôle de zones tampons). Par construction il est donc « statique », c'est-à-dire qu'il n'est pas capable de représenter les écoulements et les interactions entre processus de façon dynamique.

GeoMelba-Spirit a pour l'instant été appliqué sur deux bassins virtuels archétypaux, représentatifs l'un du Beaujolais de coteaux et inspiré du bassin de la Morcille et l'autre des Monts du Lyonnais en polyculture-élevage et inspiré du bassin de la Gimond, affluent de la Coise. Il est notamment mis en œuvre dans le cadre d'un jeu sérieux, Causerie, visant à faciliter le dialogue entre acteurs du territoire (Barreteau et al. 2023). Ce jeu met en scène plusieurs exploitations agricoles (viticoles dans le cas du Beaujolais) dont les exploitants doivent atteindre les objectifs qui leur sont individuellement assignés (développer une activité de tourisme à la ferme, consolider l'exploitation en vue de sa transmission ...) tout en assurant la viabilité économique de leur exploitation. GeoMelba-Spirit permet de donner une indication sur l'évolution de la qualité de l'eau induite par les actions des joueurs, et leur permet de mieux appréhender « concrètement » l'influence que leurs parcelles et leurs décisions ont sur celle-ci. Les ateliers participatifs ont mis en évidence la plus-value qu'apportait GeoMelba au jeu. Ils ont également permis de confirmer que l'érosion est un facteur de préoccupation majeur pour les viticulteurs, au-delà de contribution des particules érodées au transfert des pesticides.

Le logiciel considère les écoulements rapides, responsables des pics de contamination de pesticides et de l'essentiel des transferts pour les bassins versants pour lesquels il est conçu (ruissellement pour la Morcille, ruissellement et drainage pour le bassin versant de la Gimond), et sur lesquels la mise en place d'aménagements agroécologiques sont susceptibles d'avoir une influence. Il a été initialement développé pour traiter des transferts d'eau et de pesticides en solution. Dans le cadre du projet Pulse, GeoMelba-Spirit a été modifié pour y intégrer l'érosion depuis les parcelles et la limitation des flux sédimentaires par les éléments du paysage. Il n'est pas prévu pour l'instant d'aborder le transfert particulaire de pesticides dans cet outil simplifié, mais les abattements en pesticides en solution et en sédiments permettent de discuter des risques encourus par toutes les gammes de molécules, des plus solubles aux plus adsorbées.

Cette version modifiée a été appliquée sur le même bassin archétypal représentatif du Beaujolais de coteaux et inspiré du bassin de la Morcille que celui sur lequel a été appliquée la version initiale de GeoMelba.

### III.3.1.3. Principes de GeoMelba-Spirit

Les méthodes mises en œuvre dans GeoMelba-Spirit sont présentées de façon succincte ici ; pour plus de détail on peut se référer à (Grillot et al. 2022) ou à la notice utilisateur, disponible sur demande.

Les données d'entrée du logiciel pour un bassin versant sont : un modèle numérique de terrain, le système de projection, la limite du bassin versant, le parcellaire, le tracé du cours d'eau, les fossés, les haies, le type de sol, les bandes enherbées, routes et chemins, la pédologie (unités cartographiques de sol). Toutes les données sont vectorielles, mis à part le MNT, qui est au format raster. La table
attributaire des parcelles doit de plus contenir l'identifiant du propriétaire/exploitant, l'occupation du sol (culture pérenne) ou le type de rotation culturale, ainsi que le type de pratiques (plus ou moins intensives en termes d'usages et de risque de transfert de pesticides) mises en œuvre. La Figure 81 illustre le bassin virtuel, inspiré du bassin versant de la Morcille, sur lequel GeoMelba a été appliqué. Les cultures sont essentiellement de la vigne, sauf en haut de bassin où la forêt domine, et le long du cours d'eau est en partie gainé par une ripisylve ou des prairies. Les vignes avec rases ou enherbement interrang sont distinguées, puisque ces caractéristiques influencent significativement la genèse et le transfert du ruissellement.

<figure><img src="image_82.png" /><figcaption>Figure 81 : Bassin virtuel inspiré du bassin de la Morcille. Occupation du sol et linéaires anthropiques à l'état initial. Les numéros désignent l'identifiant des UHs.</figcaption></figure>

(1) La première étape consiste à identifier les Unités Homogènes surfaciques, en croisant le parcellaire, les unités cartographiques de sol et les pentes. Sur les petits bassins versants sur lesquels GeoMelba a été appliqué pour l'instant, les Unités Homogènes (UH) correspondent aux parcelles cadastrales.

(2) L'étape suivante détermine tous les emplacements potentiels de linéaire, ou tronçons élémentaires (TE), c'est à dire toutes les frontières parcelle/parcelle, parcelle/route ou parcelle/cours d'eau sur lesquelles on peut envisager de placer des infrastructures agroécologiques.

(3) Les connexions entre UHs sont ensuite calculées, en considérant les altitudes des centroïdes des UHs. Ce calcul est réalisé pour chaque UH en allant dans le sens des altitudes des
centroïdes d'UHs décroissants. Quand plusieurs UHs sont situées à l'aval de l'UH considérée, autant de connexions sont créées, en considérant que le flux exporté de cette UH sera réparti entre ces UHs en fonction des pentes entre UHs et de la longueur d'interface entre ces UHs (la connexion est d'autant plus forte que la pente entre centroïdes est forte et que la longueur d'interface est importante). Ces connexions, amont comme aval, sont stockées dans la table attributaire des UHs pour permettre ensuite le calcul des transferts entre éléments du paysage sur l'ensemble de la surface du bassin versant. Selon ses caractéristiques (pente, sol, occupation du sol, aménagement intra-parcellaire – présence de rases ou d'enherbement interrang pour la vigne- et pratiques culturales), chaque UH est considérée pouvoir « produire » ou « abattre » des flux d'eau et de pesticides en solution. Les coefficients utilisés pour rendre compte de ce comportement sont rassemblés dans le Tableau 24, annexe V.5.

<figure><img src="image_83.png" /><figcaption>Figure 82 : Connexions hydrologiques entre UHs. Les flèches sont d'autant plus foncées que le pourcentage du flux sortant de l'UH amont et qui va vers l'UH aval est important.</figcaption></figure>

Sur un bassin non aménagé, les écoulements issus des UHs seraient donc répartis au prorata de ces connexions. Les infrastructures agroécologiques, ou autres linéaires d'origine anthropique, sont toutefois susceptibles de retarder, dissiper, ou au contraire concentrer et accélérer ces flux. Dans GeoMelba-Spirit, on considère que selon son type, un élément linéaire collecte les flux qu'il reçoit et peut transmettre tout ou partie de ces flux vers l'aval : a- le long de son tracé et/ou b - transversalement à ton tracé.

Ainsi, comme illustré Figure 83, un fossé collecte les flux et les transmet longitudinalement vers son aval, en abattant d'autant plus les flux que l'on va d'un fossé bétonné à un fossé végétalisé, en passant
par un fossé avec fond en terre. Une route ou un chemin ont le même type d'influence. A l'inverse, une haie transmet le flux reçu à la fois à son aval longitudinalement le long de son tracé et transversalement vers l'UH qu'elle longe et située à son aval. On considère qu'une haie perpendiculaire à la pente (le long d'une ligne de niveau) ne transmettra le flux que de façon transversale, alors qu'une haie inclinée dans la pente conduira d'autant plus facilement le flux longitudinalement que son inclinaison est proche de la lige de plus grande pente. Les coefficients utilisés pour décrire le comportement des différents éléments linéaires sont rassemblés dans le Tableau 24, annexe V.5.

<figure><img src="image_84.png" /><figcaption>Figure 83 : Influence d'un élément linéaire sur les transferts. A gauche fossé (en rouge), à droite haie (en vert), les flux reçus sont en bleu foncé et les flux transférés vers l'aval en bleu plus clair</figcaption></figure>

Les bandes enherbées sont traitées comme des éléments surfaciques, incluses dans les parcelles. Une bande enherbée abat donc le flux transmis à l'aval de la parcelle dans laquelle elle est implantée. On considère que toutes les bandes enherbées ont une largeur de 5 mètres (largeur réglementaire pour les bandes enherbées obligatoires le long des cours d'eau pour respecter les Bonnes Conditions AgroEnvironnementales) et sont implantées correctement en bas de parcelle. Des simulations réalisées avec BUVARD<fnref n="10" />, outil de dimensionnement des bandes tampons enherbées (https://buvard.inrae.fr/; Carluer et al. 2017; Catalogne, Lauvernet, and Carluer 2018) dans les conditions rencontrées sur le bassin de la Morcille ont conduit à considérer une efficacité moyenne d'abattement de 80% pour les transferts d'eau et pesticides. GeoMelba-Spirit permet de considérer des « linéaires multiples », constitués de la juxtaposition de 2 ou 3 types d'éléments, par exemple fossé/route/fossé ou haie/fossé. Dans ce cas, les flux sont traités successivement de l'élément situé à l'amont vers celui situé à l'aval.

4 – Déterminer les flux collectés puis transmis par les différents linéaires suppose de déterminer les connexions Unité Homogène – Tronçon Elémentaire – Unité Homogène partout où une frontière UH-UH est occupée par un linéaire, ainsi que les connexions tronçon Elémentaire-Tronçon Elémentaire pour pouvoir calculer les flux transférés et abattus le long du réseau anthropique. Ce traitement est réalisé en parcourant l'ensemble des tronçons élémentaires, en déterminant les UH qu'ils longent, à leur amont et à leur aval (et en « interceptant » donc les connexions UH-UH correspondantes déterminées à l'étape 3), ainsi qu'en identifiant, quand ils existent, les TE connectés à leur amont (qui sont susceptibles de leur transmettre un flux longitudinalement) ou à leur aval qui recevront tout ou partie du flux qu'ils collectent. Quand un tronçon élémentaire n'a pas d'autre TE situé à son aval, le flux qu'il transfère est affecté à l'UH située longitudinalement à son aval. Les coefficients de transfert

<footnote n="10">10 https://buvard.inrae.fr/</footnote>
et d'abattement longitudinal et transversal sont calculés en tenant compte du type d'élément, de sa pente longitudinale, de son orientation par rapport à la ligne de plus grande pente (pour les haies, ou haies sur talus) et de sa longueur. Les tronçons de cours d'eau sont des linéaires particuliers, collectant latéralement les flux des deux côtés, ainsi que longitudinalement. Un cours d'eau peut être longé d'un élément linéaire, comme une ripisylve. L'ensemble des éléments du paysage, UHs et TEs sont ordonnés, d'amont en aval, pour déterminer l'ordre dans lequel les flux générés, abattus et transférés par chaque élément du paysage seront traités, de l'amont à l'exutoire du bassin.

5 – Une fois ces calculs préliminaires effectués, il est possible de calculer les flux générés, abattus, transférés vers l'aval pour chaque élément du bassin versant. On peut réaliser le calcul sur l'ensemble du bassin versant, ou en se concentrant sur une parcelle, soit pour déterminer les parcelles qui l'alimentent et les linéaires qui contribuent ou non à l'abattement des flux qu'elle reçoit, soit pour analyser le devenir des flux qu'elle génère.

6 – L'interface QGis permet alors à l'utilisateur de faire évoluer par un clic de souris l'occupation du sol, l'intensité des pratiques agricoles et l'aménagement du bassin versant, et de visualiser de façon quasi-instantanée l'évolution de la situation entre le scénario initial et le scénario actuel. La Figure 84 illustre ainsi l'effet de la mise en place d'enherbement interrang sur plusieurs parcelles identifiées comme participant beaucoup aux transferts dans l'état initial, ainsi que la mise en place de haies et la végétalisation de fossés. Elle illustre également les types de résultats que peut produire GeoMelba-Spirit. La Figure 85 illustre l'amélioration de la situation entre les deux scénarios.

<figure><img src="image_85.png" /></figure>

**Figure 84** : Comparaison des cartes produits par GeoMelba-Spirit pour l'état initial (haut) et après aménagement et évolution des pratiques (bas). Pour permettre l'interprétation des résultats, les transferts ou taux d'abattement sont pour chaque graphe rapportés au taux de transfert ou d'abattement maximal pour le type d'élément du paysage considéré.
<figure><img src="image_86.png" /><figcaption>Figure 85 : Comparaison des émissions depuis les parcelles et des taux d'abattement entre les deux scénarios. En jaune : pas d'évolution, en vert, amélioration (seuil de significativité fixé à 10 %)</figcaption></figure>

### III.3.1.4. Intégration de l'érosion et du transfert sédimentaire

Intégrer l'érosion dans GeoMelba implique d'attribuer à chaque UH, comme pour les pesticides, un taux de « production » et « d'abattement » de l'érosion, ainsi que des taux d'abattement à chaque type d'élément linéaire, en fonction de sa nature et de ses caractéristiques. Compte tenu du caractère simplifié de GeoMelba, il est nécessaire de déterminer les caractéristiques des UH et les seuils correspondant pour constituer les classes d'UH/parcelles qui seront considérées comme présentant le même comportement du point de vue de l'érosion (traduit en coefficient de production ou d'abattement de flux de sédiments).

Pour réaliser cette classification, la MUSLE (Modified Universal Soil Loss Equation, Williams, 1975) a été appliquée sur toutes les configurations de paramètres envisageables de façon réaliste sur toutes les parcelles du bassin archétypal « Morcille », pour 4 événements pluvieux type (un long et modéré, l'autre court et intense, pour deux saisons, été et hiver), à l'instar de la méthode adoptée pour l'outil de dimensionnement des zones tampons BUVARD (Catalogne, Lauvernet, and Carluer 2018).

### III.3.1.5. Hydrogramme Unitaire et Equation universelle de perte de sol modifiée.

La MUSLE est dérivée de la USLE, Universal Soil Loss equation, approche empirique développée par le Soil Conservation Service de l'USDA en se basant sur un large ensemble d'observations d'érosion dans des contextes agropédoclimatiques variés aux États-Unis. La USLE (et sa version révisée la RUSLE, utilisée à l'échelle du bassin de l'Ardières) prédit des pertes annuelles de sol. La MUSLE permet d'évaluer les pertes en sol induites par un événement pluvieux particulier, en prenant en compte le ruissellement produit et l'érositivité de la pluie. Pour simuler le ruissellement et l'érosivité sur chaque parcelle, le modèle UH a été utilisé (Muñoz-Carpena and Parsons, 2004), générant :

- un hydrogramme de ruissellement calculé par la méthode dite du Curve Number (USDA-SCS 1972),

- un sédimentogramme calculé par la MUSLE, la masse totale de particules érodées étant considérée comme répartie uniformément dans la lame ruisselée.
Les principes de la méthode du Curve Number sont brièvement présentés dans l'annexe V.6, et plus en détails dans la notice du modèle VFSMOD<fnref n="11" />. La MUSLE, quant à elle, s'exprime sous la forme :

$$A = (R \times K) \times (L \times S) \times (C \times P)$$

où A est la perte de sol pour une unité de surface (originellement en tonne/acre/an, exprimée en kg/m² en unités SI) ; R le facteur d'érosivité de la pluie, K l'érodibilité du sol -déterminée comme la perte de sol depuis une surface unité de dimensions 22 m sur une pente de 9% labourée dans le sens de la pente-, L le facteur de longueur de pente, S le facteur de pente, C le facteur de culture, P le facteur de gestion. Ces paramètres peuvent être divisés en 3 blocs :

- R x K : facteur d'érosivité de la pluie et de ruissellement combiné au facteur d'érodibilité du sol

- L x S : facteurs topographiques, indépendants des scénarios de pluie ou d'aménagement

- C x P : facteurs de couverture végétale et de pratique agricole

## Facteurs de pluie et de ruissellement ; érodibilité du sol

L'adaptation de l'équation de perte universelle de sol à l'échelle de l'événement pluvieux suppose de modifier le facteur R. Plusieurs adaptations ont été proposées, certaines mettant essentiellement l'accent sur la caractérisation de l'énergie érosive de la pluie. D'autres considèrent également le ruissellement et sa contribution potentielle à l'arrachement et/ou au transfert des particules (cf notice de VFSMOD pour plus de détails). Nous considérons ici deux de ces expressions qui nous semblent adaptées à la situation du bassin de la Morcille, Foster et al. (1977), et Williams (1975). Cette dernière a été proposée dans l'objectif de s'adapter à des surfaces plus grandes que les parcelles de 22 m de long sur lesquelles la USLE a originellement été élaborée et notamment pouvoir tenir compte du dépôt des particules érodées.

$$R_m = 0.5 R_{st} + 0.35 V_u \sigma_{pu}^{1/3}$$

où Rm est exprimé en N/h, Rst = E I30 où I30 est l'intensité maximale sur 30 minutes de la pluie (N/h), E est l'énergie totale de l'épisode pluvieux, Vu est le volume de ruissellement (en mm) et σpu le pic de ruissellement (mm/h).

$$R_w = 9.05(V \cdot Q_p)^{0.56}$$

où Rw est ici la perte de sol en tonnes, V le volume de ruissellement (m³) et Qp le pic de ruissellement (m³/s). Dans cette formulation, le facteur K (voir plus bas) doit être exprimé en (t h/ha N).

$$\text{Le facteur K peut être exprimé par : } K = 0.1317 \text{ TF} \times (12.0 - \text{OM}) + \text{SF} + \text{PF}$$

où TF est le facteur de texture, OM le pourcentage en matière organique de l'horizon de surface SF le facteur de structure et PF le facteur de perméabilité. Le choix de ces paramètres pour l'application au bassin archétypal « Morcille » sera explicité plus loin. Le facteur 0.1317 permet d'exprimer K en unités SI (kg/N)*(h/m).

<footnote n="11">¹¹ https://abe.ufl.edu/faculty/carpena/files/pdf/software/vfsmod/VFSMOD_UsersManual_v6.pdf</footnote>
## Facteurs topographiques :

L le facteur de longueur de pente s'exprime par $L = (λ/22)^m$ où λ est la longueur de la parcelle (m) et m un coefficient égal à :

- 0.5 si pente > 5%

- 0.4 si pente comprise entre 3 et 5%

- 0.3 si pente comprise entre 1 et 3%

- 0.2 si pente < 1%

S le facteur de facteur de pente est égal à $S = 65.41 \times (\sin\theta)^2 + 4.56 \times \sin\theta + 0.065$ où θ est la pente de la parcelle.

Ces deux paramètres sont directement déterminés par GeoMelba sur chaque parcelle de la zone étudiée.

## Facteurs de couverture végétale et de gestion

Le facteur C (compris entre 0 et 1) représente le ratio de la perte de sol pour le couvert végétal considéré à la perte de sol de la parcelle standard. Il est d'autant plus faible que le sol est protégé par la végétation

Le facteur P (compris entre 0 et 1) représente le ratio de la perte de sol pour la pratique de gestion considérée à la perte de sol de la parcelle standard. Il peut s'agir de culture en ligne de niveau, de travail du sol simplifié, etc. Ici on considérera essentiellement la présence ou non de rases dans les parcelles.

Comme on peut le constater ces expressions et paramètres sont de nature essentiellement empiriques : il est donc essentiel de pouvoir confronter les résultats des simulations à des observations ou à minima des ordres de grandeur des phénomènes simulés.

### III.3.2. Application au bassin archétypal « Beaujolais de coteaux »

#### III.3.2.1. Détermination des paramètres d'application de la MUSLE

##### III.3.2.1.1. Evénements pluvieux « type »

Pour chaque parcelle et combinaison de paramètres considérées, 4 événements pluvieux types ont été simulés (Catalogne, Lauvernet, and Carluer 2018), dont les caractéristiques sont résumées dans le Tableau 14.

<table><caption>Tableau 14 : Caractéristiques des événements pluvieux simulés</caption><thead><tr><th>Saison</th><th>Durée</th><th>Cumul (mm)</th><th>Intensité maximale sur 15 min (mm/h)</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="2">Hiver</td><td>2 h</td><td>12.4</td><td>14.4</td></tr><tr><td>12 h</td><td>27.7</td><td>12</td></tr><tr><td rowspan="2">Eté</td><td>1 h</td><td>17.9</td><td>33.6</td></tr><tr><td>6 h</td><td>33.4</td><td>19.8</td></tr></tbody></table>
### III.3.2.1.2. Détermination des Curve Number

Le calcul du ruissellement généré par ces événements pluvieux passe par la détermination du Curve Number, équivalent d'un coefficient de ruissellement, paramètre très sensible pour le modèle. Le calcul du Curve Number passe notamment par la détermination du groupe hydrologique de sol, qui dépend à la fois de la conductivité hydraulique à saturation de la couche limitante et de la profondeur de la nappe quand elle est située à moins d'un mètre de la surface, ce qui n'est pas le cas sur la Morcille. On ne détaille pas ici le calcul de ces coefficients, qui s'appuie sur une bonne connaissance des sols de la Morcille et des caractéristiques hydrodynamiques de leurs horizons (Lacas 2005; Van Den Bogaert 2011; Frésard 2010). La carte des sols est représentée sur la Figure 86 et les Curve Number retenus détaillés dans le Tableau 15.

#### III.3.2.1.3. Facteur K d'érodibilité des sols

Pour déterminer ce facteur, à partir de l'équation 1 donnée plus haut, on a adopté une approche mixte. En effet, le calcul du facteur de texture est relativement aisé puisqu'il s'exprime par :

$$TF = 2.1 \times 10^{-4} \times M^{1.14}/100 \text{ avec :}$$

$$M = (m_{\text{limon}} + m_{\text{(sable très fin)}}) \times (100 - m_{\text{argile}}) \quad \begin{array}{l} \text{margile}[\%] : \text{fraction d'argile} (<0.002 \text{ mm}) \\ \text{mlimon}[\%] : \text{fraction de limon} (0.002 \text{ mm} - 0.05 \text{ mm}) \\ \text{msable très fin}[\%] : \text{fraction de sables} (0.05 \text{ mm} - 0.1 \text{ mm}) \end{array}$$

Les facteurs de structure TS et de perméabilité TP font en revanche appel à des relations dont l'application peut être empreinte de subjectivité, et le choix a été fait de déterminer leur valeur à partir d'un tableau proposé par le guide VFSMOD (tableau, section 3.3.1 de la 1ère partie du guide), une fois calculé TF et compte tenu de leur texture, qui est connue.

La texture des horizons de surface des sols de la Morcille est relativement homogène sur le bassin de la Morcille, ceux-ci se distinguent essentiellement par leur teneur en matière organique, liée à l'occupation du sol et, pour la vigne, au degré d'enherbement de la parcelle (Tableau 16). Les facteurs K ainsi déterminés figurent dans le tableau 17. Le facteur K d'érodibilité des deuxièmes horizons des sols constituant les 3 unités cartographiques de sol ont également été calculés pour évaluer s'ils étaient significativement plus ou moins sensibles à l'érosion que l'horizon de surface.

<table><caption>Tableau 15 : Curve Number calculés pour les sols de la Morcille</caption><thead><tr><th rowspan="2"></th><th rowspan="2">GH Rosetta</th><th colspan="3">Vigne</th><th colspan="3">Prairie</th><th colspan="3">Friche</th></tr><tr><th>defav</th><th>moy</th><th>fav</th><th>defav</th><th>moy</th><th>fav</th><th>defav</th><th>moy</th><th>fav</th></tr></thead><tbody><tr><th>UTS1</th><td>B</td><td>81</td><td>76</td><td>69</td><td>84</td><td>74</td><td>66</td><td>72</td><td>61</td><td>53</td></tr><tr><th>UTS2</th><td>B</td><td>81</td><td>76</td><td>69</td><td>84</td><td>74</td><td>66</td><td>72</td><td>61</td><td>53</td></tr><tr><th>UCS2</th><td>C</td><td>89</td><td>86</td><td>81</td><td>91</td><td>84</td><td>79</td><td>82</td><td>75</td><td>70</td></tr><tr><th>UTS3</th><td>B</td><td>81</td><td>76</td><td>69</td><td>84</td><td>74</td><td>66</td><td>72</td><td>61</td><td>53</td></tr><tr><th>UTS4</th><td>C</td><td>89</td><td>86</td><td>81</td><td>91</td><td>84</td><td>79</td><td>82</td><td>75</td><td>70</td></tr></tbody></table>
<figure><img src="image_87.png" /><figcaption>Figure 86 : Carte des sols de la Morcille. Van Den Bogaert 2011 d'après Frésard (2010)</figcaption></figure>

L'UCS 1 (unité cartographique de sol), qui représente les sols sableux sur altérite est constituée des UTS 1 et 2 (Unités Typologiques de Sol). L'UCS 2 représente les sols sableux sur argile du plateau. L'UCS 3 représente les sols sableux hétérogènes de bas de pente et de talwegs et est constituée des UTS3 et UTS4.

Pour un même groupe hydrologique de sol et une même occupation du sol, les conditions « favorables », « moyennes » et « défavorables » dépendent par exemple de la proximité du labour dans le temps, des pratiques culturales. Elles seront prises ici en cohérence avec le degré d'enherbement de la vigne (condition d'autant plus favorable que l'interrang est enherbé) et égales à la valeur moyenne pour les prairies et défavorables pour les friches, aux sols souvent en piètre état.

<table><caption>Tableau 16 : Texture et teneur en matière organique des premiers et deuxièmes horizons. A : argile, Lf : limon fin, Sf : limon grossier, Stf : sable très fin, Sf : sable fin, Sg : sable grossier, MO : teneur en matière organique.</caption><thead><tr><th colspan="2">Horizon / Granulométrie</th><th>% A (&lt;2 µm)</th><th>% Lf (2/20 µm)</th><th>% Lg (20/50 µm)</th><th>% Stf (50/100 µm)</th><th>% Sf (0.1/0.2 mm)</th><th>% Sg (0.2/0.5 mm)</th><th>% Sg (0.5/1.0 mm)</th><th>% Sg (1.0/2. mm)</th><th>MO (%)</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="3">1er horizon</td><td>peu enherbé</td><td>h11</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>3.32</td></tr><tr><td>moyennement enherbé</td><td>h12</td><td>7.8</td><td>10.7</td><td>7.8</td><td>7.4</td><td>9.5</td><td>20.3</td><td>18.9</td><td>17.8</td><td>1.58</td></tr><tr><td>fortement enherbé</td><td>h13</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td>0.72</td></tr><tr><td rowspan="3">2ème horizon</td><td>UCS1</td><td>h2</td><td>9.2</td><td>9.9</td><td>5.8</td><td>5.6</td><td>6.4</td><td>17.0</td><td>21.2</td><td>24.9</td><td>0.90</td></tr><tr><td>UCS2</td><td>h6</td><td>12.8</td><td>15.2</td><td>9.8</td><td>6.4</td><td>7.2</td><td>15.3</td><td>15.3</td><td>18.2</td><td>1.03</td></tr><tr><td>UCS3</td><td>h9</td><td>12.2</td><td>14.1</td><td>7.3</td><td>5.5</td><td>7.1</td><td>15.9</td><td>17.7</td><td>20.2</td><td>0.59</td></tr></tbody></table>
<table><caption>Tableau 17 : Facteur K d'érodibilité des premiers et deuxièmes horizons. TF : facteur de texture, SF : facteur de structure, PF : facteur de perméabilité.</caption><thead><tr><th colspan="2">Horizon</th><th>TF calculé</th><th>Caractérisation horizon</th><th>SF</th><th>PF</th><th>K (SI)</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="3">1er horizon</td><td>peu enherbé</td><td>h11</td><td rowspan="3">0.0149</td><td rowspan="3">Loamy sand</td><td rowspan="3">0.0325</td><td rowspan="3">-0.025</td><td><strong>0.018</strong></td></tr><tr><td>moyennement enherbé</td><td>h12</td><td><strong>0.021</strong></td></tr><tr><td>fortement enherbé</td><td>h13</td><td><strong>0.023</strong></td></tr><tr><td rowspan="3">2ème horizon</td><td>UCS1</td><td>h2</td><td>0.0117</td><td>Loamy coarse sand</td><td>0.0325</td><td>-0.025</td><td><strong>0.018</strong></td></tr><tr><td>UCS2</td><td>h6</td><td>0.0173</td><td>Coarse sandy loam</td><td>0.0325</td><td>0</td><td><strong>0.029</strong></td></tr><tr><td>UCS3</td><td>h9</td><td>0.0147</td><td>Loamy sand</td><td>0.0325</td><td>-0.025</td><td><strong>0.023</strong></td></tr></tbody></table>

On constate que mise à part pour l'UCS2, les deuxièmes horizons ne sont pas significativement plus sensibles à l'érosion que les horizons de surface. On peut donc supposer qu'une incision de ce premier horizon par une figure d'érosion ne se traduira pas nécessairement par une « accélération » de ce processus d'incision en atteignant le 2ème horizon, et on ne considère dans la suite que les horizons de surface.

### III.3.2.1.4. Facteurs C de couverture végétale et P de pratiques de gestion de l'érosion

Le choix a été fait ici de considérer des facteurs de couverture végétale cohérents avec ceux pris pour l'application de la RUSLE à l'échelle du bassin de l'Ardières. Les Facteurs C des prairies et friches ont été considérés constants sur l'année. Pour les vignes, on a repris les coefficients déterminés mensuellement d'avril 2019 à mars 2020, selon le niveau d'enherbement de la vigne (désherbage total, interrang enherbé, et interrang + cavaillon enherbés), pour calculer des valeurs moyennes sur les périodes hivernale (décembre à mai) et estivale (juin à novembre). Ces valeurs sont résumées dans le Tableau 18. Pour ce qui concerne les pratiques de gestion, on a seulement distingué les parcelles sans rase (P = 1) et les parcelles avec rase (P = 0.6), cette valeur étant déterminée à dire d'expert en considérant que cette pratique d'aménagement intra-parcellaire réduit significativement l'érosion.

<table><caption>Tableau 18 : Facteur C en fonction de la couverture du sol et de la saison</caption><thead><tr><th>Occupation du sol</th><th>Saison</th><th>Facteur C</th></tr></thead><tbody><tr><td>Prairie</td><td></td><td><strong>0.200</strong></td></tr><tr><td>Landes et friches</td><td></td><td><strong>0.120</strong></td></tr><tr><td rowspan="2">Vigne désherbée chimiquement</td><td>hiver</td><td><strong>0.447</strong></td></tr><tr><td>été</td><td><strong>0.246</strong></td></tr><tr><td rowspan="2">Interrang enherbé</td><td>hiver</td><td><strong>0.337</strong></td></tr><tr><td>été</td><td><strong>0.117</strong></td></tr><tr><td rowspan="2">Vigne enherbée</td><td>hiver</td><td><strong>0.130</strong></td></tr><tr><td>été</td><td><strong>0.080</strong></td></tr></tbody></table>

La prise en compte des combinaisons cohérentes de paramètres en fonction des occupations du sol, pratiques d'enherbement et de gestion conduit à investiguer, pour l'ensemble des parcelles du bassin archétypal « Beaujolais de Coteaux », les configurations synthétisées dans le Tableau 9. On rappelle que l'exploration de ces différentes configurations sur l'ensemble des parcelles du bassin versant, en fonction de leurs dimensions et de leur pente, a pour objectif de permettre d'élaborer la typologie des
situations à considérer dans GeoMelba pour l'érosion, et de déterminer les coefficients de « production » de MES correspondants.

<table><caption>Tableau 19 : Résumé des valeurs des coefficients utilisées pour appliquer la MUSLE sur les parcelles du bassin archétypal "Beaujolais de Coteaux" inspiré de la Morcille</caption><thead><tr><th></th><th>Vigne<br>désherbée<br>chimiquement</th><th>Vigne enherbée<br>interrang</th><th>Vigne<br>enherbée</th><th>Prairie</th><th>Friche</th></tr></thead><tbody><tr><th>Curve Number. UCS 1 & 3</th><td>81</td><td>76</td><td>69</td><td>74</td><td>72</td></tr><tr><th>Curve Number UCS2</th><td>89</td><td>86</td><td>81</td><td>84</td><td>82</td></tr><tr><th>Facteur K</th><td>0.023</td><td>0.021</td><td>0.018</td><td>0.018</td><td>0.021</td></tr><tr><th>Facteur C hiver</th><td><strong>0.45</strong></td><td>0.337</td><td>0.130</td><td>0.2</td><td>0.12</td></tr><tr><th>Facteur C été</th><td>0.246</td><td>0.117</td><td>0.080</td><td></td><td></td></tr><tr><th>Facteur P avec rase</th><td>0.6</td><td>0.6</td><td>0.6</td><td>1</td><td>1</td></tr><tr><th>Facteur P sans rase</th><td>1</td><td>1</td><td>1</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

### III.3.2.2. Résultats des simulations de perte de sol à l'échelle de la parcelle sur le bassin « Beaujolais de Coteaux »

Les pertes de sol simulées par événement sont représentées dans la Figure 87, en fonction de l'événement simulé, de l'occupation du sol et du degré d'enherbement associé pour la vigne, de la classe de pente de la parcelle, et de la longueur d'écoulement dans la parcelle. Une première visualisation des résultats montre en effet que ces deux paramètres ont une influence sensible sur les résultats. Seuls les résultats utilisant la formule de Foster pour calculer l'érositivité des pluies sont présentés ici : ceux basés sur la formule de Williams conduisaient à des résultats similaires, mais plus éloignés des pertes observées sur la parcelle instrumentée de Saint Joseph pendant les deux années de suivi.

<figure><img src="image_88.png" /></figure>
Evénement
hivernal
d'intensité
modérée
(durée 12
heures)

<figure><img src="image_89.png" /></figure>

Evénement
estival
d'intensité
forte (durée
1 heure)

<figure><img src="image_90.png" /></figure>

Evénement
estival
d'intensité
modérée
(durée 6
heures)

<figure><img src="image_91.png" /></figure>

Figure 87 : Perte de sol en kg par m², en fonction de l'occupation du sol, de la pratique d'enherbement dans le cas de la vigne (CT/NT : désherbée ; ACC : enherbée sur l'interrang ; PCC : enherbée sur le rang et l'interrang), de la classe de pente (la classe « pente faible » correspond à une pente inférieure à 10%, la classe « moyenne » à une pente comprise entre 10 et 20%, et la classe « forte » à une pente supérieure à 20%) et de la longueur de la parcelle dans la direction de l'écoulement
L'événement estival de 6 heures est celui qui engendre les pertes de sol les plus importantes : c'est celui qui sera considéré dans la suite pour inclure la représentation de l'érosion dans GeoMelba. Par ailleurs, l'examen des résultats suggère, pour une occupation du sol et une classe de pente donnée, une corrélation linéaire entre les pertes en sol estimées (pour une surface d'un m²) et la longueur de la parcelle considérée. Cette corrélation est illustrée sur la Figure 88 pour un sol de type 2 et deux niveaux d'enherbement de la vigne. Les résultats sont similaires pour les autres types de sol et occupations du sol. L'examen de ces figures suggère que le niveau de corrélation serait probablement amélioré en abaissant le seuil de pente séparant la classe de pente « moyenne » de celle de la pente « forte ». Cette évolution est prévue mais n'a pu être implémentée pendant la durée de ce projet.

<figure><img src="image_92.png" /><figcaption>Figure 88 : Corrélation entre la perte en sol simulée et la longueur de ka parcelle dans le sens de l'écoulement, par classe de pente. Cas d'un sol de l'Unité Cartographique de sol 2. A gauche vigne désherbée, à droite, vigne enherbée sur le rang et l'interrang.</figcaption></figure>

Au final, compte tenu des résultats des simulations de perte de sol à l'échelle des parcelles via la MUSLE, l'érosion est intégrée dans GeoMelba en utilisant des coefficients de « production » de Matières en Suspension qui dépendent du sol, de l'occupation du sol et du degré d'enherbement dans le cas de la vigne, de la classe de pente. Ces coefficients sont détaillés dans le Tableau 26 en annexe V.5. Les coefficients d'abattement figurent dans les Tableau 24 et Tableau 25. Ils ont été fixés à dire d'expert, en considérant que les zones tampons sont plus efficaces pour retenir les particules de sol, a fortiori des particules grossières, que les pesticides « plus solubles » en solution. Ils pourront être précisés pour les zones enherbées et les haies en simulant leur efficacité pour les événements pluvieux considérés pour via le modèle VFSMOD.

Cette version « Erosion » de GeoMelba est mise en œuvre dans la partie suivante pour explorer l'impact des scénarios d'aménagement et d'évolution d'occupation du sol, à l'échelle du petit bassin versant.

### III.4. Conclusion de la partie III

Le modèle INVEST-SDR a permis de cartographier les zones sources de sédiments à l'échelle du bassin versant de l'Ardières et ainsi montrer la forte sensibilité à l'érosion du bassin versant, notamment dans sa partie viticole. Par ailleurs, le modèle a mis en évidence la contribution non négligeable de certaines parcelles de grande cultures situées à l'amont du bassin versant, dont l'influence était a priori sous estimée. Ce modèle permet ainsi d'éclairer certaines interprétations sur les dynamiques sédimentaires observées via les mesures in situ. Le modèle GRAPHE et l'approche de cartographie de terrain lui étant
associée a permis de dresser un inventaire exhaustif des infrastructures linéaires interférant avec les flux de ruissellement à l'échelle du bassin versant de la Morcille. Cet inventaire, adossé à une typologie détaillée, a mis en évidence les principales modalités de connectivité de ces infrastructures anthropiques et de leur rôle fonctionnel sur la propagation de signaux sédimentaires dans le bassin versant. Ce projet a permis de développement d'un nouveau module dans le modèle GEOMELBA pour prendre en compte les transferts sédimentaires. Sur un exemple appliqué à un bassin versant fictif, archétypal du beaujolais de coteaux, le modèle a permis d'estimer les flux sédimentaires circulant dans les réseaux, première étape pour l'intégration des transferts de pesticides en phase particulaire, en complément du transfert en phase dissoute que le modèle traite déjà. Ces modèles, au-delà de leur intérêt pour spatialiser et reproduire des ordres de grande des flux circulant à l'échelle du bassin versant, permettent l'intégration de scénario prospectifs qui seront traités dans la partie suivante.
# IV. Scénarios d'évolution et impacts sur les vitesses d'érosion et les transferts sédimentaires

Cette partie a pour objectif de proposer des scénarios d'évolution des paysages viticoles et d'en explorer les effets sur l'érosion des sols et les transferts sédimentaires. Le travail développé s'inscrit dans une démarche multi-scalaire visant dans un premier lieu à proposer une approche à l'échelle du bassin versant (Ardières) avec le modèle INVEST-SDR. Il s'agira de tester l'effet des changements d'occupation du sol et de modes de conduite de la vigne sur les transferts de sédiments. Dans un second temps, l'application de scénarios via Géomelba visera à explorer les effets locaux des changements d'occupation du sol. Dans cette deuxième partie, nous avons pour objectif d'explorer les effets de changements dans le structure paysagère (incluant surfaces viticoles et ouvrages de gestion du ruissellement) dans les transferts sédimentaires.

## IV.1. Scénarios à l'échelle du bassin versant avec le modèle INVEST-SDR

### IV.1.1. Définition des scénarios de référence

Les scénarios définis s'inspirent de ceux développés parallèlement dans le Beaujolais viticole dans le cadre du projet SPIRIT<fnref n="12" />. Les scénarios incluent uniquement les changements ayant un impact direct sur l'occupation du sol et la couverture végétale des parcelles, sans tenir compte des changements liés par exemple à la fréquence des traitement phytosanitaires. L'horizon temporel des scénarios n'est pas défini. Il s'agit d'un essai théorique pour estimer les impacts possibles des changements sur les transferts sédimentaires, en faisant varier certains paramètres de base du modèle. Les scénarios explorent exclusivement deux dimensions majeures attendues de l'évolution des pratiques viticoles qui peuvent avoir une incidence significative sur l'érosion des sols :

- L'abandon progressif des parcelles de vigne situées dans le zones les plus pentues (supérieures à 25%) car difficilement mécanisables. Cette dynamique est déjà couramment observée dans le Beaujolais viticole. Nous considérons dans le modèle une hypothèse de passage à la prairie permanente qui constitue une des modalités de transition les plus courantes (e.g. Pic, 2019 et Cossart et al., 2020).

- Hausse des taux d'enherbement des parcelles viticoles en lien avec la réduction attendue du désherbage chimique. Là aussi, cette trajectoire est déjà largement observée et documentée à la suite notamment de la crise du Beaujolais des années 2000.

Quatre scénarios testant ces hypothèses avec un degré croissant de surface en herbe à l'échelle du bassin versant sont testés, puis comparés à l'état de référence actuel. Ci-dessous une description détaillée des taux de changement par type de vigne pour chaque scénario :

**Scénario 1 : Poursuite de la trajectoire actuelle**

- 5% des vignes situées sur forte pente (i.e. sup à 25%) sont arrachées et converties en prairie permanente.

<footnote n="12">¹² Solutions collectives Partagées pour limiter l'impact des Résidus phytopharmaceutiques sur les milieux aquatiques à l'échelle du Territoire. https://ecophytopic.fr/recherche-innovation/concevoir-son-systeme/projet-spirit</footnote>
- 5% des vignes (désherbées ou partiellement enherbées) situées sur les pentes faibles (i.e. inf à 25%) sont converties en vignes enherbées

- 5% des vignes désherbées sont converties en partiellement enherbées

### Scénario 2 : Évolution de la réglementation

- 17% (1/6ème) des vignes en pente forte sont converties en prairie permanente

- 25% des vignes (désherbées ou partiellement enherbées) situées sur les pentes faibles (i.e. inf à 25%) sont converties en vignes enherbées

- 25% des vignes désherbées sont converties en vignes partiellement enherbées

### Scénario 3 : Transition vers l'agroécologie (optimiste)

- Abandon total des vignes en pente forte. Elles sont converties en prairie permanente

- 60% des vignes (désherbées ou partiellement enherbées) situées sur les pentes faibles (i.e. inf à 25%) sont converties en vignes enherbées

- 60% des vignes désherbées sont converties en partiellement enherbées

### Scénario 4 : Agroécologie totale (radical)

- Abandon total des vignes en pente forte. Elles sont converties en prairie permanente

- Toutes vignes (désherbées ou partiellement enherbées) situées sur les pentes faibles (i.e. inf à 25%) sont converties en vignes enherbées

## IV.1.2. Implémentation des scénarios dans la modélisation

Le principe général consiste à modifier le facteur C (végétation et pratiques agricoles) dans le modèle en fonction des choix réalisés lors de la définition des scénarios. Une fois le facteur C recalculé pour chacun des scénarios, le modèle est relancé pour recalculer l'érosion et le transfert sédimentaire suivant cette nouvelle configuration spatiale de l'occupation du sol.

Dans le mesure où le scénario se base sur des changements de proportions de parcelles viticoles dans la zone d'étude, le résultat final est nécessairement dépendant de la localisation des parcelles où les changements ont été opérés. Deux effets principaux peuvent être anticipés :

(1) effet de la localisation pure de la parcelle. Si des parcelles déjà peu sensibles à l'érosion sont sélectionnées, l'effet sera d'autant moindre à l'échelle du bassin ;

(2) l'effet lié à la surface. L'unité de référence sélectionnée est la parcelle. Si en moyenne, des parcelles de plus grande taille sont sélectionnées, l'incidence à l'échelle du bassin versant en sera d'autant plus grande, et inversement.

Pour estimer cet effet, nous nous somme basés sur un procédure de réplication aléatoire. La sélection des parcelles affectées par un changement d'occupation du sol est réalisée selon un tirage aléatoire dans l'ensemble des parcelles. Un lot de 10 tirages par scénario a été réalisé comprenant :

(1) réaffectation des occupations du sol selon les scénarios prospectifs ;

(2) itération du modèle.
Chaque résultat par tirage et par scénario est ainsi analysé afin d'estimer l'effet aléatoire de la sélection automatique des parcelles sur les sorties de modèle. Au total 40 itérations ont été effectuées selon 4 scénarios.

Les résultats des scénarios sont ensuite comparés sur la base de 2 modalités principales :

(1) comparaison du transfert sédimentaire total exprimé en tonnes par an au droit de la station de Pizay ;

(2) comparaison visuelle des cartes d'export sédimentaire spécifique exprimé en tonnes par hectare et par an (sur l'ensemble des pixels de la carte et via son agrégation à l'échelle de petites unités hydrologiques élémentaires, voir section IV).

## IV.1.3. Résultats de la modélisation prospective INVEST-SDR

### IV.1.3.1. Évolution de l'occupation des sols

La Figure 89 représente les surfaces totales par type d'occupation du sol soumise à modification pour chaque scénario testé. Nous nous focalisons ici uniquement sur les trois classes de vigne ainsi que sur la classe surface toujours en herbe, regroupant principalement la prairie permanente et les pelouses considérées comme ayant un facteur C identique. Nous mentionnons, à titre indicatif, la proportion du bassin versant occupée par chaque classe (exprimé en % du bassin versant). Les barres d'erreur représentent les valeurs maximales et minimales obtenues en fonction des scénarios.

Le scénario 1 s'inscrit directement dans la continuité de l'occupation du sol actuelle. Les changements restent relativement modestes. Globalement la forme de la distribution des classes d'occupation du sol reste identique. On note une légère progression de la vigne enherbée au détriment de la vigne désherbée, mais cette dernière reste la seconde classe de vigne représentée sur le bassin derrière la vigne partiellement enherbée. Il y a une très légère progression des surfaces toujours en herbe.

Le scénario 2 montre une évolution plus importante en suivant la même tendance. La classe vigne désherbée devient la classe de vigne minoritaire, la vigne enherbée passe à 7,8% de la surface totale du bassin versant. Les surfaces toujours en herbe progressent de 0,5%.

Le scénario 3 montre une vraie rupture dans la distribution des classes de vigne. La vigne enherbée devient majoritaire (9,9%) et on note une chute importante de la vigne désherbée qui ne représente plus qu'en moyenne 2,3% du secteur d'étude contre 6,9% dans la carte de référence actuelle. Les surfaces toujours en herbe progressent de manière significative en lien avec la conversion totale des parcelles de vigne sur pente forte vers cette classe.

Le scénario 4 est très radical en considérant à la fois un abandon total des vignes les plus pentues et une généralisation de l'enherbement. Même si ce scénario apparait peu réaliste à terme, il permet néanmoins d'estimer le gain maximal atteignable à l'échelle du bassin versant et ainsi situer les scénarios précédents selon ce seuil maximal potentiel.

La Figure 90 permet de compléter cette description en illustrant cartographiquement l'effet de ces changements d'occupation du sol sur le facteur C du modèle. Les cartes présentées correspondent à un tirage sélectionné de manière aléatoire au sein des 10 réalisés pour chaque scénario.
<figure><img src="image_93.png" /></figure>

Figure 89 : Évolution des surfaces en vigne et toujours en herbe pour les différents scénarios testés. Les autres modes d'occupation des sols ne sont pas renseignés car supposés invariables en fonction des scénarios
<figure><img src="image_94.png" /><figcaption>Figure 90 : Exemples de cartographies du facteur C pour chaque scénario d'évolution d'occupation des sols</figcaption></figure>

### IV.1.3.2. Effet des changements d'occupation du sol sur les transferts sédimentaires

Sans surprise, l'application des scénarios montre une décroissance progressive des taux de transferts, en lien avec l'augmentation de l'enherbement du bassin.

Le Scenario 1 présente une réduction des transferts sédimentaires potentiels de 7,3% par rapport à la référence actuelle (Figure 91 et Tableau 20). Cette diminution perceptible à l'échelle du bassin via l'analyse des bilans sédimentaires reste difficile à observer sur le plan cartographique en raison du caractère très local des changements (Figure 92 et Figure 93). L'amplitude entre le tirage le plus
pessimiste et le plus optimiste reste faible. Le modèle prédit ainsi entre 4693 et 4744 t.an⁻¹ (soit une amplitude de 50 t.an⁻¹) pour une moyenne à 4725 t.an⁻¹.

Le scénario 2 reste proche du scénario 1 dans l'intensité des changements. Il présente une réduction des transferts sédimentaires potentiels de 14,1% par rapport à l'actuel. Visuellement, seules les deux unités hydrologiques caractérisées par le plus forts transferts se voient changer de classe (unités n° 6 et 7), passant respectivement sous les seuils de 0,5 et 0,6 t.ha⁻¹.an⁻¹. Il s'agit du scénario qui amène à la plus forte amplitude des valeurs entre les tirages (i.e. 139 t.an⁻¹).

L'application du scénario 3 marque un changement important dans le volume des transferts sédimentaires potentiels. En ce sens, l'abandon total des parcelles en forte pente influe significativement sur le volume total modélisé. Ainsi, ce scénario présente des flux réduits de 42,3% par rapport à la référence actuelle. Cette réduction est particulièrement importante pour les unités hydrologiques dominées par la vigne et ayant initialement les contributions les plus fortes. Ainsi, par exemple, l'unité n°7 passe de 0,67 t.ha⁻¹.an⁻¹ dans le scénario 2 à 0,38 t.ha⁻¹.an⁻¹ dans le scénario 3.

Le scénario 4 entraîne une réduction de plus la moitié des transferts sédimentaires sur le bassin versant. Au-delà de la conversion des zones de forte pente en prairie, la réduction de la production de ruissellement et de la connectivité par la mise en place d'un enherbement systématique apparaît très impactant à l'échelle du bassin. Ainsi, ce changement sur 19% de la surface totale du bassin par rapport à la référence actuelle entraîne une baisse de 54,4% des transferts sédimentaires.

<figure><img src="image_95.png" /><figcaption>Figure 91 : Bilans sédimentaires au droit de la station de Pizay pour chaque scénario
Tableau 20 : Tableau comparatif des bilans sédimentaires pour chaque scénario</figcaption></figure>

<table><thead><tr><th>Scénario</th><th>Export moyen (t.an<sup>-1</sup>)</th><th>Export Min (t.an<sup>-1</sup>)</th><th>Export Max (t.an<sup>-1</sup>)</th><th>Amplitude</th><th>Écart à référence (%)</th><th>export spécifique (t.ha<sup>-1</sup>.an<sup>-1</sup>)</th></tr></thead><tbody><tr><td>Référence</td><td>5097</td><td>5097</td><td>5097</td><td>NA</td><td>NA</td><td>0.36</td></tr><tr><td>N°1</td><td>4725</td><td>4693</td><td>4744</td><td>50.8</td><td>-7.3</td><td>0.33</td></tr><tr><td>N°2</td><td>4381</td><td>4306</td><td>4445</td><td>139</td><td>-14.1</td><td>0.31</td></tr><tr><td>N°3</td><td>2943</td><td>2942</td><td>2944</td><td>1.84</td><td>-42.3</td><td>0.21</td></tr><tr><td>N°4</td><td>2324</td><td>2324</td><td>2324</td><td>0</td><td>-54.4</td><td>0.16</td></tr></tbody></table>
<figure><img src="image_96.png" /><figcaption>Figure 92 : Cartes des exports sédimentaires spécifiques par pixel pour les scénarios retenus</figcaption></figure>
<figure><img src="image_97.png" /><figcaption>Figure 93 : transferts sédimentaires spécifiques agrégés à l'échelle des unités hydrologiques</figcaption></figure>

IV.1.4. Discussion : améliorations potentielles des scénarios et limites de la méthode

Globalement, on observe une transition importante entre les scénarios 2 et 3, notamment du fait de l'abandon total des parcelles en vigne sur les plus fortes pentes. En ce sens, des scénarios complémentaires, plus nuancés pourraient être proposés dans l'intervalle afin de mieux cibler les seuils et ruptures dans la production sédimentaire de ces zones. Les scénarios caractérisés par des changements plus marginaux (scénarios 1 notamment et 2) amènent à peu de changements à l'échelle
du bassin versant. Le gain maximum théorique en fonction des facteurs de changement retenus (scénario peu probable) amène à une division par plus de deux des transferts sédimentaires potentiels. Cependant, les secteurs de forte pente, bien connectés au cours d'eau restent des contributeurs importants malgré la réduction drastique du facteur C (exemples des unités hydrologiques 6, 7 et 17). Ce constat est directement lié aux propriétés de connectivité des versants localement : versants en forte pente directement connectés au cours d'eau. Ainsi, la réduction du transfert sédimentaire dans ces zones par simple changement d'occupation du sol reste limitée en l'absence du recours à des aménagements hydrauliques.

Le cadre méthodologique du modèle INVEST-SDR permet ainsi de tester de multiples scénarios via des faibles temps de calcul. En revanche, il se base sur de nombreuses simplifications, notamment dans sa représentation des propriétés de connectivité du bassin versant qui ne peut inclure l'effet des aménagements hydrauliques (fossés canalisation etc.) et autres structures linéaires ayant une incidence conséquente sur la dynamiques des flux à l'échelle du bassin (routes et chemins). L'effet de ces composantes linéaires de la structure paysagère et de leurs changements seront testés à l'échelle locale via le modèle GeoMelba.

## IV.2. Modélisation de scénarios d'aménagement et d'évolution de pratiques à l'échelle locale : GeoMelba

La mise en œuvre du modèle INVEST-SDR à l'échelle du bassin versant de l'Ardières a permis d'évaluer l'impact de la mise en œuvre de plusieurs scénarios prospectifs d'évolution de l'occupation du sol et des pratiques d'enherbement de la vigne, à l'échelle de ce bassin. Il s'agit ici de décliner certains de ces scénarios à l'échelle d'un petit sous-bassin versant, et d'évaluer l'influence de la mise en œuvre complémentaire de structures agroécologiques. On choisit volontairement des scénarios contrastés, plus pour illustrer les potentialités de l'outil que comme scénarios ayant une chance d'être réellement adoptés dans la pratique.

La carte des sols et la carte des pentes des parcelles sont représentée sur la Figure 94. Les sols de type 2, plus sensibles à l'érosion, sont situés en haut de bassin sur la rive droite.

<figure><img src="image_98.png" /><figcaption>Figure 94 : Carte des unités cartographiques de sols (à gauche) et des pentes des parcelles (à droite)</figcaption></figure>
IV.2.1. Définition des scénarios

- **Scénario de référence : beaucoup de vigne, peu d'enherbement**

Le scénario de référence correspond à l'état actuel : la vigne est l'occupation du sol très majoritaire, hormis à l'amont du bassin versant, y compris sur des parcelles en pente. Quelques parcelles sont pourvues de rases, structures paysagères destinées à limiter l'érosion et utilisées notamment sur les parcelles les plus pentues. L'essentiel des parcelles de vigne sont considérées comme entièrement désherbées, seules quelques parcelles sont enherbées un rang sur deux, et une entièrement. Le fond de vallée est toutefois occupé pour l'essentiel par des zones boisées et des prairies.

- **Scénario intermédiaire : abandon de parcelles en pente et développement de l'enherbement**

Ce scénario correspond au scénario 2 des simulations menées à l'échelle de l'Ardières : 16% des parcelles de vigne ayant une pente de plus de 20% sont abandonnées et transformées en prairie, 25% des autres étant enherbées (pour moitié seulement sur l'interrang, et pour moitié à la fois sur le rang et l'interrang). Compte tenu de la faible surface du bassin représentée ici, ces parcelles ont été choisies manuellement, et non aléatoirement comme à l'échelle de l'Ardières.

- **Scénario intermédiaire bis : mise en place de rases dans les parcelles, et enherbement des fossés nus.**

L'occupation du sol reste ici la même que pour le scénario précédent, mais des rases sont mises en place dans les parcelles contribuant le plus aux transferts, l'ensemble des fossés est végétalisé, et une ripisylve est en place le long des tronçons de rivière qui ne sont pas protégés par une prairie ou un bois. Ce scénario a pour objectif d'illustrer l'influence que peuvent avoir les infrastructures paysagères sur les transferts.

- **Scénario en rupture : abandon de l'ensemble des parcelles de vigne en forte pente et généralisation de l'enherbement**

Ce scénario correspond au scénario 4 à l'échelle de l'Ardières. Ici toutes les parcelles de vigne en forte pente sont converties en prairie. Les parcelles de vigne restantes sont entièrement enherbées. On fait de surcroit l'hypothèse qu'une telle évolution ne pourrait être la conséquence que d'une forte conscience environnementale de l'ensemble des acteurs (ou d'une réglementation très contraignante) : il semble donc cohérent dans ce scénario de laisser en place l'ensemble des aménagements mis en place dans le scénario intermédiaire bis. Un tel scénario apparaît toutefois très optimiste, et peu susceptible d'être mis en œuvre.

- **Scénario optimisé : aménagements complémentaires pour réduire au maximum les transferts hydrosédimentaires**

Malgré ces évolutions radicales, quelques parcelles restent dans ce scénario soumises à une légère érosion. Quelques aménagements complémentaires sont mis en place dans une dernière étape pour limiter au maximum ces transferts : rases dans les parcelles émettrices, souvent un peu longues et/ou pentues, et haies à la place de fossés contribuant aux transferts.
IV.2.2. Résultats - Discussion

Les figures suivantes illustrent successivement, pour chaque scénario : l'occupation du sol (Figure 95), la contribution de chaque parcelle aux flux de MES atteignant le cours d'eau (Figure 96), la contribution des éléments du paysage à l'abattement des flux reçus (cet abattement est d'autant plus fort que l'élément du paysage est efficace pour retenir les MES). Pour faciliter la compréhension des résultats et l'interprétation de ces cartes, des cartes complémentaires sont regroupées en annexe V.6.3 : la carte des émissions de MES (telle que calculée par la MUSLE dans la partie précédente, pour la classe de sol, pente et occupation du sol de la parcelle considérée (Figure 100), la carte des flux de MES reçus par chaque élément du paysage (Figure 102), la carte des taux de transfert entre chaque parcelle et le cours d'eau (Figure 101). Les cartes sont regroupées par type, pour faciliter la visualisation de l'évolution au fil des scénarios. L'évolution des quantités totales de MES transmises au cours d'eau en fonction du scénario considéré est représentée sur la Figure 98.

GeoMelba est un modèle simplifié, et les scénarios représentés très contrastés. Les simulations réalisées permettent toutefois quelques observations : dans le scénario initial, de nombreuses parcelles sont sujettes à l'érosion, et les particules érodées sont en grande partie transférées au cours d'eau, notamment en rive gauche, où les versants sont longs et les éléments du paysage susceptibles de jouer un rôle tampon peu nombreux. Les fossés non végétalisés transmettent efficacement les flux hydrosédimentaires au cours d'eau. Dans le scénario intermédiaire, le passage de quelques parcelles en pente forte en prairie, et l'enherbement partiel ou total de 25% des parcelles de pente modérée permet mécaniquement de diminuer significativement (de 40%) les flux transférés à la rivière, par diminution à la source de l'érosion. Le scénario intermédiaire bis, basé sur la même occupation du sol que ce scénario intermédiaire mais s'appuie également sur l'aménagement du paysage (enherbement des fossés, mise en place de rases dans les parcelles les plus contributrices, gainage de l'ensemble du cours d'eau par une ripisylve) diminue très fortement les transferts au cours d'eau (de 85% par rapport au scénario de référence). Ce scénario illustre l'intérêt que peut représenter l'aménagement du paysage en complément de l'évolution de l'occupation du sol et des pratiques d'enherbement de la parcelle. La Figure 97c représente ainsi la contribution des différents éléments du paysage à la dissipation des flux reçus, bien plus élevée que sur la Figure 97b.
<figure><img src="image_99.png" /><figcaption>Figure 95 : Occupation du sol pour les scénarios successifs. a : scénario de référence, b : scénario intermédiaire, c : scénario intermédiaire bis, d : scénario en rupture, e : scénario optimisé.</figcaption></figure>
<figure><img src="image_100.png" /></figure>

Figure 96 : Flux de MES générés au sein de chaque parcelle et atteignant le ruisseau. Cette figure évalue les flux de MES générés par m² de chaque parcelle - ramenés aux transferts potentiels maximum au m² observés sur le bassin versant (condition extrême : grande pente, sol de type 2, longueur de pente importante, pas d'enherbement interrang) - qui atteignent le cours d'eau. Plus une parcelle est rouge et plus les flux de MES qu'elle génère par m² et qui atteignent le cours d'eau sont importants.

Les deux derniers scénarios induisent comme attendu une chute drastique des flux, mais au prix d'une évolution très importante de l'occupation du sol et des pratiques d'enherbement, qui parait pour l'instant peu probable à court terme dans le Beaujolais de coteaux.
<figure><img src="image_101.png" /></figure>

Figure 97 : Taux d'abattement des flux de MES reçus par chaque élément du paysage, relativement au taux maximum sur le bassin versant pour chaque type d'élément. Cette figure représente la part des flux de MES reçus par chaque élément du paysage (parcelle, tronçon de linéaire hors cours d'eau) qui est atténuée en son sein relativement au potentiel d'atténuation maximal pour chaque type d'élément au niveau du bassin versant. Plus un élément est vert et plus il est proche du taux d'atténuation maximum pour ce type d'élément sur le bassin.
<figure><img src="image_102.png" /><figcaption>Figure 98 : Evolution des taux de transfert de MES au cours d'eau, en fonction des scénarios</figcaption></figure>

IV.3. Conclusions de la partie IV

La mise en œuvre du modèle INVEST-SDR à l'échelle du bassin versant de l'Ardières a permis d'évaluer
les contributions respectives des principaux types d'occupation du sol aux flux hydrosédimentaires
observés aux Versauds et à Pizay. Elle a également permis d'identifier les sous bassins versants
contribuant le plus fortement aux flux hydrosédimentaires sur le bassin de l'Ardières, et d'évaluer la
diminution de l'érosion que permettrait le développement accru de l'enherbement des parcelles de
vigne. Pour autant, un tel modèle n'est par nature pas adapté pour représenter l'influence des
infrastructures linéaires sur les transferts, que met bien en évidence par la modélisation s'appuyant
sur le modèle Graphe. Celui-ci a ainsi permis de comprendre comment le réseau anthropique permet
de gérer la connectivité des flux sur le bassin de deux façons différentiées entre les amonts et les aval
de versants : les amonts de versant sont déconnectés du cours d'eau, entravant ainsi la diffusion des
produits de l'érosion au cours d'eau ; à l'inverse, sur la partie aval des bassins, les linéaires
anthropiques augmentent la connectivité par rapport à ce qu'elle serait si elle n'était basée que sur la
topographie, permettant d'évacuer les matériaux des bas de versants. Les simulations réalisées avec
GeoMelba ont permis d'explorer plusieurs scénarios d'évolution, et ont également illustré l'efficacité
des infrastructures agroécologiques pour diminuer les flux de MES transférés jusqu'au cours d'eau, en
complément de l'évolution de l'occupation du sol et du développement de l'enherbement interrang
ou total. Compte tenu de la mise en évidence par Graphe du rôle important que jouent les pièges à
sédiments dans la connectivité des flux sur le bassin, il semble souhaitable d'inclure ces infrastructures
dans GeoMelba.

La mise en œuvre successive d'INVEST-SDR puis de GeoMelba sur d'autres bassins du Beaujolais que celui de l'Ardières permettrait, de façon similaire à ce qui a été fait ici, de hiérarchiser les sous bassins les plus vulnérables à l'érosion et à la transmission vers l'aval des flux hydrosédimentaires, puis d'évaluer les améliorations qu'entrainerait une évolution de l'occupation du sol et des pratiques d'enherbement. Cette analyse pourrait être complétée, sur des sous bassins ciblés, par l'évaluation des gains attendus de la mise en place d'éléments du paysage adaptés. Compte tenu des fortes mutations attendues dans le Beaujolais dans la décade à venir, un tel exercice prospectif aurait un réel intérêt.
Conclusion générale

Le projet PULSE avait pour ambition de progresser dans la compréhension de la dynamique des transferts hydrosédimentaires et des contaminants associés dans le Beaujolais de Coteaux. Ainsi, les principaux objectifs visaient à (1) proposer des valeurs de référence sur les taux de transferts de sédiments et de pesticides via une démarche de mesure et d'expérimentation de terrain ; (2) proposer une interprétation des relais de processus dans le temps et dans l'espace responsables de ces transferts ; (3) évaluer l'influence des infrastructures linéaires de la structure des paysages dans les dynamiques de transferts des sédiments depuis les parcelles vers les cours d'eau et (4) évaluer l'influence de scénarios d'évolution du paysage, tant du point de vue de l'occupation du sol que de la gestion de l'enherbement ou des infrastructures paysagères.

Sur la base du réseau métrologique mis en place, à trois échelles spatiales emboitées, depuis la parcelle
expérimentale jusqu'au bassin versant, les bilans sédimentaires montrent des volumes transférés
conséquents, de l'ordre de 0,46 t.ha⁻¹.an⁻¹ à l'échelle du bassin versant de l'Ardières (142km²), 0,33
t.ha⁻¹.an⁻¹ à l'échelle du bassin versant de la Morcille (3.9 km²) et 2,93 t.ha⁻¹.an⁻¹ à l'échelle de la
parcelle (0,28 ha). Ces taux de transfert apparaissent globalement supérieurs aux observations faites
dans des secteurs de grande culture par exemple. Une typologie a permis de mettre en évidence
quatre types de crues, classées selon leur magnitude et la dynamique des précipitations en étant à
l'origine. La rythmicité des transferts suit un schéma général largement observé dans la littérature en
contexte agricole, distinguant les périodes de production sédimentaire sur les versants à la suite de
précipitations intenses durant des épisodes orageux estivaux (précipitations érosives). Ces
evénements, au-delà de l'érosion de versant, permettant d'activer l'ensemble de la cascade
sédimentaire (événements enregistrés aux trois échelles d'analyse) mais sur de courtes périodes. Ce
type d'événement implique donc un important stockage sédimentaire dans les bases de versants, dans
les infrastructures linéaires et dans les chenaux. Les crues hivernales prolongées amènent à une reprise
(au moins partielle) de ces sédiments temporairement déposés et agissent sous forme de purges du
système. Lors de ces épisodes hivernaux, la dynamique des précipitations ne permet cependant pas
de production sédimentaire significative sur les versants (érosion des sols). La granulométrie des
sédiments transportés en suspension est variable selon la capacité de transport, mais reste
généralement à tendance sableuse, en lien avec le contexte géomorphologique cristallin et les sols
associés. Ce constat, au-delà de l'aide à l'interprétation des signaux sédimentaires, amène à certains
questionnements méthodologiques sur les capacités des instruments déployés actuellement
(turbidimètres) à mesurer cette classe granulométrique.

En parallèle de la dynamique sédimentaire, certains événements ont pu être documentés sur les
transferts de pesticides. Le projet a permis de finaliser une méthode d'analyse des teneurs en
pesticides sur des particules de sol pour une trentaine de molécules pesticides, substances actives ou
produits de transformation. Globalement, les taux de transferts apparaissent conséquents,
notamment pour les molécules caractérisées par des Koc ou Kfoc élevés. L'analyse d'échantillons
collectés à l'échelle de la parcelle a mis en évidence la remobilisation de substances actives retirées du
marché depuis plusieurs années, résultat qui questionne la disparition de ces substances de
l'environnement à moyen terme. Le Diflufénicanil et le Difénéconazole sont les molécules qui ont été
mesurées avec les plus fortes concentrations et les plus forts taux de transferts par rapport aux
quantités appliquées (respectivement 0.5 et 0.09% des quantités appliquées à l'échelle de l'Ardières).
Les taux de transferts apparaissent plus élevés à l'échelle du bassin versant de l'Ardières que sur celui
de la Morcille. Ce résultat a priori surprenant (les taux d'exportation décroissent en général avec la surface drainée) pourrait être expliqué par le fait que le bassin de la Morcille apparaît comme un bassin contribuant relativement peu à l'érosion et aux transferts sédimentaires dans la modélisation réalisée avec INVEST-SDR sur le bassin de l'Ardières. Ces premiers résultats restent néanmoins à confirmer, dans la mesure où la dynamique des pluies (saison particulièrement sèche) et les difficultés inhérentes à ce type de mesures sur le terrain n'ont pas permis de travailler sur un nombre suffisant d'échantillons.

En complément des mesures, nous avons déployé une procédure de modélisation à différentes échelles avec pour objectif général : (1) de spatialiser les zones sources de sédiments à l'échelle du bassin versant de l'Ardières (INVEST-SDR), (2) de représenter l'influence des réseaux anthropiques dans les modalités de connectivité entre les parcelles viticoles et les cours d'eau à l'échelle de la Morcille (GRAPHE) et (3) contribuer au développement d'un outil opérationnel pour la gestion (GEOMELBA).

Les résultats du modèle INVEST-SDR ont permis de cartographier les secteurs les plus sensibles à l'érosion et aux transferts sédimentaires à l'échelle du bassin versant. Le modèle reproduit globalement les ordres de grandeur mesurés en stations. Le vignoble apparaît inévitablement comme un contexte très favorable à l'érosion qui contribue de manière très significative au flux du bassin versant. Par ailleurs, le modèle a mis en évidence la contribution non négligeable de certaines parcelles de grande cultures situées à l'amont du bassin versant, dont l'influence était a priori sous estimée (10% des flux).

Le modèle GRAPHE et l'approche de cartographie de terrain lui étant associée a permis de dresser un inventaire exhaustif des infrastructures linéaires interférant avec les flux de ruissellement à l'échelle du bassin versant de la Morcille. Cet inventaire, adossé à une typologie détaillée, a mis en évidence les principales modalités de connectivité de ces infrastructures et de leur rôle fonctionnel sur la propagation de signaux sédimentaires dans le bassin versant : les hauts de versant sont déconnectés du cours d'eau, entravant ainsi la transmission des particules érodées vers l'aval ; à l'inverse, sur la partie aval des bassins, les infrastructures linéaires augmentent la connectivité par rapport à ce qu'elle serait si elle n'était basée que sur la topographie. L'objectif est ici d'évacuer efficacement les eaux de ruissellement vers les cours d'eau. Un indicateur de connectivité (IC) a été appliqué dans le graphe, permettant de quantifier les déformations induites par les infrastructures anthropiques.

Ce projet a permis de développement d'un nouveau module dans le modèle GeoMelba pour prendre en compte les transferts sédimentaires. Sur un exemple appliqué à un bassin versant fictif, archétypal du beaujolais de coteaux, le modèle a permis d'estimer les flux sédimentaires circulant dans les réseaux, première étape pour l'intégration des transferts de pesticides en phase particulaire, en complément du transfert en phase dissoute que le modèle traite déjà.

Enfin, la dernière partie de ce projet consistait en la définition de scenarios prospectifs d'occupation du sol et de leur impact sur les transferts sédimentaires à différentes échelles spatiales. Les scénarios ont été appliqués aux modèles INVEST-SDR et GeoMelba : les deux modèles capables de proposer des estimations quantitatives de flux transférés. Le modèle INVEST-SDR scénarisé a permis de mettre en évidence les gains potentiels apportés par la hausse de l'enherbement des parcelles agricoles. De même, les résultats ont montré qu'une réduction significative des flux sédimentaires dans les cours d'eau peut être envisagée en cas de déprise agricole sur les parcelles de vignes les plus pentues, les plus difficiles à mécaniser et les plus dépendantes aux herbicides. Les résultats du modèle GEOMELBA
scénarisé permettent d'illustrer l'efficacité des infrastructures agroécologiques pour diminuer les flux de MES transférés jusqu'au cours d'eau, en complément de l'évolution de l'occupation du sol et du développement de l'enherbement interrang ou total.

## Perspectives :

Du point de vue métrologique, les observations réalisées durant le projet Pulse ont mis en évidence l'intérêt qu'il y aurait à améliorer le suivi de la fraction sableuse des transferts pour mieux évaluer les flux hydrosédimentaires totaux, au moins au niveau du site des Versauds, où ces transferts semblent significatifs. Ce point ne remet toutefois pas en question les analyses effectuées sur les transferts particulaires de pesticides, ceux-ci étant préférentiellement adsorbés sur des particules fines et riches en matière organique. Il semblerait en revanche utile de compléter les résultats acquis sur les pesticides pour les consolider, d'une part en couvrant une plus large gamme d'événements répartis sur une plus large période, aux trois échelles emboîtées, et d'autre part en déterminant de façon conjointe les concentrations des molécules en phase soluble et sur la phase particulaire. Un tel suivi permettrait de mieux cerner les contributions respectives des deux phases aux exportations, en fonction des événements considérés. Il permettrait également de progresser dans la compréhension de l'influence qu'a le décalage temporel mis en évidence pour la cascade sédimentaire sur les transferts de pesticides en phase particulaire. Le projet a confirmé l'intérêt des Pièges à Particules pour le suivi de la contamination en phase particulaire pour des cours d'eau de taille modérée comme la Morcille ou l'Ardières, qui pourraient être utilisés en parallèle d'échantillonneurs intégratifs pour la phase dissoute (Gouy et al, 2021), afin de permettre une vision intégrée de la dynamique spatiale et temporelle de la contamination de ces cours d'eau.

La mise en évidence par le modèle GRAPHE de l'influence significative des pièges à sédiments mis en place par les viticulteurs pour gérer les flux hydrosédimentaires issus de leurs parcelles incite à intégrer ces structures dans le modèle GeoMelba pour compléter la prise en compte de l'influence des structures anthropiques sur les transferts hydrosédimentaires. La version « érosion » de GeoMelba développée pour ce projet, utilisée en parallèle de la version « Pesticides en solution » préexistante, permettra une vision plus intégrée de la contamination sur un petit bassin et des leviers d'action mobilisables pour la maîtriser. Il serait intéressant d'intégrer également l'évolution attendue de l'érosivité des plaies dans les scénarios prospectifs d'évolution d'occupation du sol et d'enherbement menés avec INVEST-SDR à l'échelle de l'Ardières, pour différents scénarios climatiques. Un exercice similaire pourrait être mené à plus petite échelle avec GeoMelba, en actualisant les taux de « production » pour chaque type de sol, pente et occupation du sol.

Enfin, il nous semble souhaitable de soumettre les résultats de ce projet aux acteurs du territoire, pour leur présenter les principaux acquis du projet, les résultats issus des simulations sur scénarios prospectifs, et éventuellement coconstruire des scénarios alternatifs, qu'il leur semblerait intéressant d'investiguer. Ce point essentiel n'a pu être abordé pendant la durée du projet, compte tenu du temps nécessaire pour acquérir des données d'observation et développer les modélisations associées.
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# V. Annexes

## V.1. Modèle multi niveaux pour le calcul de l'érosivité des pluies à partir de la grille SAFRAN

Un modèle multi-niveaux a été appliqué afin d'identifier les corrélations entre les précipitations journalières et l'érosivité des pluies au pas de temps journalier. L'érosivité des pluies est calculée au préalable sur la base des données de précipitations de la station de Calvaire au pas de temps de 5 minutes. Les résultats sont ensuite agrégés au pas de temps journalier. La relations statistique étant variable dans le temps, la recherche de corrélations se fait mois par mois. Les résultats de ce modèle permettent d'appliquer cette relation statique à la grille SAFRAN (données disponibles au pas de temps journalier) et ainsi estimer l'érosivité des pluies pour chaque point de grille. Ceci permet la spatialisation du facteur sur le bassin versant.

<figure><img src="image_103.png" /><figcaption>Figure 99 : Corrélation à échelle mensuelle entre les précipitations journalières et l'érosivité des pluies</figcaption></figure>
## V.2. Caractérisation des périodes d'échantillonnage pour analyse des concentrations en produits phytosanitaires

<table><caption>Tableau 21 : Caractéristiques de débit et de turbidité (moyenne et maxima) des périodes d'échantillonnage ayant donné lieu à analyse des teneurs en pesticides</caption><thead><tr><th>Mode d'échantillonnage</th><th>Date début</th><th>Date fin</th><th>Site</th><th>Débit spécifique moyen (l/s/km²)</th><th>Débit spécifique maximum (l/s/km²)</th><th>Turbidité Moyenne (NTU)</th><th>Turbidité maximale (NTU)</th><th>Commentaires</th></tr></thead><tbody><tr><td rowspan="5">PAP Versauds et Pizay</td><td>19/05/2020</td><td>28/05/2020</td><td>Vers</td><td>0.6</td><td>1.0</td><td rowspan="5">13.2</td><td rowspan="5">33.5</td><td rowspan="5">période de très bas débit, une pluie de 1,5 mm, mais sans réaction ni débit ni MES</td></tr><tr><td></td><td></td><td>Piz</td><td>0.2</td><td>0.9</td></tr><tr><td>17/11/2020</td><td>09/12/2020</td><td>Vers</td><td>1.8</td><td>3.9</td><td>5.4</td></tr><tr><td></td><td></td><td>Piz</td><td>2.0</td><td>5.5</td><td>16.9</td></tr><tr><td>03/05/2021</td><td>18/05/2021</td><td>Vers</td><td>35.28</td><td>201.04</td><td>55.80</td><td>362.00</td></tr><tr><td>Pizay échantillonneur automatique</td><td>10/05/2021</td><td>11/05/2021</td><td>Piz</td><td>42.66</td><td>245.14</td><td>97.79</td><td>656.00</td><td>pluies de qq mm les 5,6,7 puis quasi tous les jours du 10 mai (surtout) au 18 mai, plusieurs pics de débits (à 4-5 l/s/km²)</td></tr><tr><td>PAP Versauds et Pizay</td><td>09/06/2021</td><td>22/06/2021</td><td>Vers</td><td>2.30</td><td>29.35</td><td>24.19</td><td>1185.00</td><td>belle crue bien dynamique avec 15 mm de pluie entre le 20 et le 22 juin. Pics de débit et de MES, forts pour les 2 premiers, moins et plus étalé pour le dernier</td></tr><tr><td>Pizay échantillonneur automatique</td><td>16/06/2021</td><td>22/06/2021</td><td>Piz</td><td></td><td>50</td><td></td><td>1300 mg/L</td><td>pluie de 14 mm entre le 20 et le 22/6. Pic de débit à 50 l/s/km² et de MES à 1300 mg/l</td></tr><tr><td>Saint Joseph Bac à sédiments</td><td>11/05/2021</td><td>11/05/2021</td><td>Sjo</td><td></td><td>1.6 l/s</td><td></td><td>1000 mg/L</td><td>pic de MES très fugace à 1000 mg/L, pic de débit à 1,6 L/s, pluie modérée, on rate la fin de l'événement. Dans le bac, 3,4 kg de matière sèche, granulo plutôt plus fine que la moyenne</td></tr><tr><td>Saint Joseph. Echantillonneur automatique</td><td>10/05/2021</td><td>22/06/2021</td><td>SJo</td><td></td><td></td><td>5 L/s</td><td>3500 mg/L</td><td>prélevement sur le 1er pic puis la suite. On rate les pics du 21/6. Dans le bac 43,2 kg de matière sèche, granulo à tendance grossière par rapport aux autres événements.</td></tr><tr><td>Saint Joseph Bac à sédiments</td><td></td><td>20/06/2021</td><td>SJo</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Saint Joseph. Echantillonneur automatique</td><td></td><td></td><td>SJo</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>
## V.4. Calcul des quantités de substances actives exportées en mai-juin 2021

Les pertes sédimentaires sont estimées à 141,9 tonnes sur l'année hydrologique aux Versauds, dont respectivement 10 % et 5 % des exportations pour les mois de mai et juin 2021.

**La perte sédimentaire aux Versauds sur cette période est donc estimée à 21 285 kg.**

De la même façon, les pertes sédimentaires sont estimées à 6 298 tonnes sur l'année hydrologique au Pont de Pizay, dont respectivement 35 % et 7 % des exportations pour les mois de mai et juin 2021.

**La perte sédimentaire au Pont de Pizay sur cette période est donc estimée à 2 645 160 kg.**

<table><thead><tr><th rowspan="2">Pesticide</th><th>Quantité appliquée</th><th>Concentration moyenne. Mai-juin 2021</th><th>Export</th><th>Export</th><th>Quantité appliquée</th><th>Concentration moyenne. Mai-juin 2021</th><th>Export</th><th>Export</th></tr><tr><th>g</th><th>ng/g</th><th>g</th><th>% des doses appliquées</th><th>g</th><th>ng/g</th><th>g</th><th>% des doses appliquées</th></tr></thead><tbody><tr><td>Spiroxamine</td><td>17 907</td><td>181.0</td><td>3.9</td><td>0.02</td><td>388 923</td><td>16.5</td><td>43.7</td><td>0.01</td></tr><tr><td>Diméthomorphe</td><td>17 020</td><td>7.3</td><td>0.2</td><td>0.00</td><td>319 327</td><td>9.7</td><td>25.7</td><td>0.01</td></tr><tr><td>s-metolachlore</td><td>0</td><td></td><td></td><td></td><td>240 203</td><td>2.0</td><td>5.4</td><td>0.00</td></tr><tr><td>Flumioxazine</td><td>12 137</td><td></td><td></td><td></td><td>265 780</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Difénoconazole</td><td>4 207</td><td>37.8</td><td>0.8</td><td>0.02</td><td>106 323</td><td>37.7</td><td>99.6</td><td>0.09</td></tr><tr><td>Napropamide</td><td>2 490</td><td></td><td></td><td></td><td>103 393</td><td>4.3</td><td>11.4</td><td>0.01</td></tr><tr><td>Diflufénicanil</td><td>2 867</td><td>149.6</td><td>3.2</td><td>0.11</td><td>99 070</td><td>194.2</td><td>513.7</td><td>0.52</td></tr><tr><td>Boscalid</td><td>1 230</td><td>7.2</td><td>0.2</td><td>0.01</td><td>61 350</td><td>10.2</td><td>27.0</td><td>0.04</td></tr><tr><td>Tebuconazole</td><td>230</td><td>3.7</td><td>0.1</td><td>0.03</td><td>55 353</td><td>3.6</td><td>9.4</td><td>0.02</td></tr><tr><td>Indoxacarbe</td><td>2 050</td><td></td><td></td><td></td><td>42 717</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

Tableau 23 : Calcul des quantités de substance actives exportées durant les mois de mai et juin 2021 sur les bassins versants de la Morcille et de l'Ardières. Ces quantités sont exprimées en valeur absolue (export en g) et rapportées à la quantité de substance appliquée sur le bassin( export en % des doses appliquées)
## V.5. Coefficients de production et d'abattement des éléments du paysage (surfaciques et linéaires) sur le bassin de la Morcille

<table><thead><tr><th rowspan="3">Occupation du sol / Pente</th><th colspan="9">Coefficient de production Eau</th></tr><tr><th colspan="3">Pratique 1</th><th colspan="3">Pratique 2</th><th colspan="3">Pratique 3</th></tr><tr><th>Faible</th><th>Moyenne</th><th>Forte</th><th>Faible</th><th>Moyenne</th><th>Forte</th><th>Faible</th><th>Moyenne</th><th>Forte</th></tr></thead><tbody><tr><td>Vigne</td><td>0.7</td><td>0.9</td><td>0.9</td><td>0.7</td><td>0.9</td><td>0.9</td><td>0.7</td><td>0.9</td><td>0.9</td></tr><tr><td>Vigne enherbée</td><td>0.5</td><td>0.7</td><td>0.7</td><td>0.5</td><td>0.7</td><td>0.7</td><td>0.5</td><td>0.7</td><td>0.7</td></tr><tr><td>Vigne - rases</td><td>0.9</td><td>0.9</td><td>1</td><td>0.9</td><td>0.9</td><td>1</td><td>0.9</td><td>0.9</td><td>1</td></tr><tr><td>Vigne enherbée - rases</td><td>0.7</td><td>0.7</td><td>1</td><td>0.7</td><td>0.7</td><td>1</td><td>0.7</td><td>0.7</td><td>1</td></tr><tr><td>Verger</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Prairie</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Friche</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bois</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bâti</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

<table><thead><tr><th rowspan="3">Occupation du sol / Pente</th><th colspan="9">Coefficient de production Pesticides</th></tr><tr><th colspan="3">Pratique 1</th><th colspan="3">Pratique 2</th><th colspan="3">Pratique 3</th></tr><tr><th>Faible</th><th>Moyenne</th><th>Forte</th><th>Faible</th><th>Moyenne</th><th>Forte</th><th>Faible</th><th>Moyenne</th><th>Forte</th></tr></thead><tbody><tr><td>Vigne</td><td>0.6</td><td>0.8</td><td>0.8</td><td>0.35</td><td>0.5</td><td>0.5</td><td>0.1</td><td>0.15</td><td>0.15</td></tr><tr><td>Vigne enherbée</td><td>0.4</td><td>0.6</td><td>0.6</td><td>0.2</td><td>0.35</td><td>0.35</td><td>0</td><td>0.1</td><td>0.1</td></tr><tr><td>Vigne - rases</td><td>0.8</td><td>0.8</td><td>1</td><td>0.5</td><td>0.5</td><td>0.6</td><td>0.15</td><td>0.15</td><td>0.2</td></tr><tr><td>Vigne enherbée - rases</td><td>0.6</td><td>0.6</td><td>1</td><td>0.35</td><td>0.35</td><td>0.6</td><td>0.1</td><td>0.1</td><td>0.2</td></tr><tr><td>Verger</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Prairie</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Friche</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bois</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bâti</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

<table><thead><tr><th rowspan="3">Occupation du sol / Pente</th><th colspan="9">Coefficient d'abattement</th></tr><tr><th colspan="3">Eau</th><th colspan="3">MES</th><th colspan="3">Pesticides</th></tr><tr><th>Faible</th><th>Moyenne</th><th>Forte</th><th>Faible</th><th>Moyenne</th><th>Forte</th><th>Faible</th><th>Moyenne</th><th>Forte</th></tr></thead><tbody><tr><td>Vigne</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vigne enherbée</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vigne - rases</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vigne enherbée - rases</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Verger</td><td>70</td><td>70</td><td>70</td><td>90</td><td>90</td><td>90</td><td>80</td><td>80</td><td>80</td></tr><tr><td>Prairie</td><td>70</td><td>70</td><td>70</td><td>90</td><td>90</td><td>90</td><td>80</td><td>80</td><td>80</td></tr><tr><td>Friche</td><td>70</td><td>60</td><td>50</td><td>90</td><td>80</td><td>70</td><td>80</td><td>70</td><td>60</td></tr><tr><td>Bois</td><td>70</td><td>70</td><td>70</td><td>90</td><td>90</td><td>90</td><td>80</td><td>80</td><td>80</td></tr><tr><td>Bâti</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

Tableau 24 : Coefficients de production et d'abattement des unités homogènes, pour l'eau et les pesticides en solution, selon leurs caractéristiques. Ces coefficients sont exprimés en « unités » par hectare. La classe « pente faible » correspond à une pente inférieure à 10%, la classe « moyenne » à une pente comprise entre 10 et 20%, et la classe « forte » à une pente supérieure à 20%
<table><caption>Tableau 25 : coefficients d'abattement des éléments linéaires du paysage pour l'eau et les pesticides en solution. Pour l'abattement latéral, les coefficients sont donnés en valeur absolue, pour l'abattement longitudinal, ils sont exprimés pour 100 m de linéaire.</caption><thead><tr><th rowspan="2">Type élément</th><th colspan="3">Abattement longitudinal</th><th colspan="3">Abattement latéral</th></tr><tr><th>Eau</th><th>MES</th><th>Pesticides</th><th>Eau</th><th>MES</th><th>Pesticides</th></tr></thead><tbody><tr><td>Haie</td><td>0.2</td><td>0.3</td><td>0.3</td><td>0.7</td><td>0.9</td><td>0.8</td></tr><tr><td>Ripisylve</td><td>0.2</td><td>0.3</td><td>0.3</td><td>0.7</td><td>0.9</td><td>0.8</td></tr><tr><td>Fossé nu ou bétonné</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Fossé végétalisé</td><td>0.2</td><td>0.3</td><td>0.3</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Chemin enherbé</td><td>0.1</td><td>0.2</td><td>0.2</td><td>0.4</td><td>0.5</td><td>0.45</td></tr><tr><td>Chemin nu</td><td>0.05</td><td>0.1</td><td>0.1</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Route</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Muret</td><td>0.05</td><td>0.1</td><td>0.1</td><td>0.7</td><td>0.9</td><td>0.8</td></tr><tr><td>Rivière</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bande enherbée</td><td></td><td></td><td></td><td>0.7</td><td>0.9</td><td>0.8</td></tr><tr><td>Sans élément paysager</td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

<table><caption>Tableau 26 : Coefficients de production des unités homogènes, pour l'érosion, selon leurs caractéristiques. Ces coefficients sont exprimés en « unités » par m². La classe « pente faible » correspond à une pente inférieure à 10%, la classe « moyenne » à une pente comprise entre 10 et 20%, et la classe « forte » à une pente supérieure à 20%.</caption><thead><tr><th rowspan="2">Occupation du sol / Pente</th><th colspan="3">Sol 1_3</th><th colspan="3">Sol 2</th></tr><tr><th>Faible</th><th>Moyenne</th><th>Forte</th><th>Faible</th><th>Moyenne</th><th>Forte</th></tr></thead><tbody><tr><td>Vigne</td><td>0.05296</td><td>0.13332</td><td>0.26993</td><td>0.13279</td><td>0.33195</td><td>0.66667</td></tr><tr><td>Vigne enherbée 1 rang / 2</td><td>0.01326</td><td>0.03313</td><td>0.06694</td><td>0.04146</td><td>0.10358</td><td>0.20735</td></tr><tr><td>Vigne enherbée tous rangs</td><td>0.00448</td><td>0.01103</td><td>0.02075</td><td>0.01326</td><td>0.03319</td><td>0.06697</td></tr><tr><td>Vigne - rases</td><td>0.03178</td><td>0.07999</td><td>0.16196</td><td>0.07967</td><td>0.19917</td><td>0.40000</td></tr><tr><td>Vigne enherbée 1 rang / 2 - rases</td><td>0.00795</td><td>0.01988</td><td>0.04017</td><td>0.02488</td><td>0.06215</td><td>0.12441</td></tr><tr><td>Vigne enherbée tous rangs - rases</td><td>0.00269</td><td>0.00662</td><td>0.01245</td><td>0.00795</td><td>0.01991</td><td>0.04018</td></tr><tr><td>Verger</td><td>0.01570</td><td>0.03864</td><td>0.07735</td><td>0.04720</td><td>0.11759</td><td>0.23803</td></tr><tr><td>Prairie</td><td>0.01570</td><td>0.03864</td><td>0.07735</td><td>0.04720</td><td>0.11759</td><td>0.23803</td></tr><tr><td>Friche</td><td>0.00984</td><td>0.02278</td><td>0.04507</td><td>0.02589</td><td>0.06578</td><td>0.13197</td></tr><tr><td>Bois</td><td>0.01570</td><td>0.03864</td><td>0.07735</td><td>0.04720</td><td>0.11759</td><td>0.23803</td></tr></tbody></table>

Compte tenu de la forte influence de la longueur de la parcelle sur la production spécifique (rapportée au m²) de MES, et contrairement au cas de l'eau et des pesticides où ces coefficients sont seulement à multiplier par la surface d'une parcelle pour déterminer sa « production » d'écoulement ou de transfert de pesticides, pour l'érosion, ces valeurs sont à multiplier par la longueur de la parcelle puis sa surface pour déterminer sa contribution aux transferts hydrosédimentaires
## V.6. Rappels sur la méthode du « Curve Number ». Détermination du ruissellement généré par la parcelle/zone contributive au ruissellement

La méthode du SCS-CN (USDA-SCS 1972) permet d'estimer le ruissellement de surface induit par un épisode pluvieux donné en fonction des caractéristiques du bassin versant ou de la surface dans lequel il survient. Cette méthode a été développée à partir de mesures réalisées sur des petits bassins versants agricoles aux Etats-Unis et met en jeu un paramètre empirique qui caractérise le potentiel de ruissellement d'un sol : le **Curve Number (CN)**. Le Curve Number dépend de la classe hydrologique du sol, de la couverture du sol, des conditions hydrologiques et des conditions d'humidité initiales. À partir d'un grand nombre de données sur le territoire américain, l'USDA-SCS (1972) a défini des Curve Numbers pour une large gamme de situations.

Les valeurs fournies sont associées à des conditions d'humidité moyennes (CN<sub>II</sub>) mais il est possible de calculer un Curve Number CN<sub>I</sub>, représentatif de conditions d'humidité initiales sèches, et un Curve Number CN<sub>III</sub>, représentatif de conditions d'humidité initiales humides, à l'aide des équations de Chow

$$ CN_I = 4.2 * \frac{CN_{II}}{10 - 0.058 * CN_{II}} \quad \text{et} \quad CN_{III} = 23 * \frac{CN_{II}}{10 + 0.13 * CN_{II}} $$

et al. (1988) :

### V.6.1. Construction du hyétogramme de pluie nette :

Pour un événement pluvieux donné, la pluie nette totale est calculée à l'aide de l'équation suivante :

$$ Q = (P - Ia)^2 / ((P - Ia) + S) \quad \text{si } P > Ia \quad \text{Et} \quad Q = 0 \quad \text{si } P \le Ia $$

Où Q (mm) est la pluie nette, P (mm) est la pluie, Ia (mm) sont les pertes initiales et S (mm) est la rétention du sol. La rétention du sol et les pertes initiales sont calculées à l'aide des équations suivantes :

$$ S = \frac{25400}{CN} - 254 \quad \text{et} \quad Ia = 0.2 * S $$

Où S (mm) est la rétention du sol, CN est le Curve Number et Ia sont les pertes initiales.

Le hyétogramme de pluie nette est construit en considérant à chaque pas de temps que la pluie nette du pas de temps courant est égale à la pluie du pas de temps une fois que le cumul de pluie dépasse Ia.

### V.6.2. Construction de l'hydrogramme de ruissellement :

Dans la méthode SCS-CN, l'hydrogramme de ruissellement est obtenu par convolution entre les pluies nettes et un hydrogramme unitaire théorique déduit des caractéristiques du versant étudié. Ce dernier correspond à l'hydrogramme de ruissellement résultant d'une pluie nette unitaire de 1mm.
Hyetogramme de pluie brute (bleu clair)
et de pluie nette (bleu foncé)

<figure><img src="image_104.png" /></figure>

Hydrogramme unitaire

<figure><img src="image_105.png" /></figure>

Hydrogramme de ruissellement
résultant

<figure><img src="image_106.png" /></figure>

X

=

L'hydrogramme unitaire est obtenu à partir de trois grandeurs caractéristiques définies ci-dessous :

Le temps de retard du bassin versant : $L = \frac{\left(\frac{l}{0,3048}\right)^{0,8} \ast \left(\frac{S}{25,4} + 1\right)^{0,7}}{1900 * Y^{0,5}}$ où L (h) est le temps de retard, l (m) est le plus long chemin hydraulique, S (mm) est la rétention maximale du sol et Y (%) est la pente moyenne du bassin versant. Le temps de pointe de l'hydrogramme unitaire : $Tp = \left(\frac{\Delta D}{2}\right) + L$ où Tp (h) est le temps de pointe, ΔD (h) est la durée de l'averse élémentaire et L (h) est le temps de retard du bassin versant. Le débit de pointe de l'hydrogramme unitaire en m³/s : $Qp = \frac{0,208 * A}{Tp}$ où A (km²) est la surface drainée et Tp (h) est le temps de pointe.
<figure><img src="image_107.png" /><figcaption>V.6.3. Cartes intermédiaires des simulations de scénarios d'évolution par GeoMelba.</figcaption></figure>

Figure 100 : Flux de MES générés au sein de chaque parcelle relativement au potentiel maximal sur le bassin (ramenés au m²)
<figure><img src="image_108.png" /></figure>

Figure 101 : Taux de transfert entre la parcelle et le ruisseau des flux émis par chaque parcelle. Représente la part de MES émise par chaque parcelle qui est effectivement transférée jusqu'au cours d'eau. Cet indicateur permet d'évaluer le potentiel d'abattement des transferts de PPP le long de leur trajet entre la parcelle et le cours d'eau
<figure><img src="image_109.png" /></figure>

Figure 102 : aux de transfert reçus par chaque élément du paysage (parcelle, tronçon du réseau anthropique, tronçon du réseau hydrographique) pour chaque scénario. Les couleurs sont d'autant plus soutenues que les taux sont élevés. Ceux-ci dépendent à la fois des transferts de MES générés dans les parcelles en amont et de leur atténuation sur leur trajet jusqu'à la parcelle ou l'élément considéré. Plus la couleur est soutenue, plus les flux de MES reçus par cet élément sont proches du maximum reçu sur le bassin versant (avec un maximum de réception différent pour chaque type d'élément paysager de façon à ce que les parcelles soient comparées entre elles, les linéaires entre eux dont les tronçons de cours d'eau entre eux). On peut donc identifier les éléments du paysage qui reçoivent le plus de e MES venant de l'amont. Cela ne veut pas dire que ce sont ces éléments qui transfèrent le plus en aval, chaque élément pouvant, selon sa nature, participer à la dissipation des flux.
<table>
  <tbody>
    <tr>
      <td>III.3. Modélisation de l'influence des infrastructures agroécologiques sur le transfert particulaire et de pesticides : GeoMelba</td>
      <td>107</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>III.3.1. Développement d'un module « Erosion » dans PeshMelba</td>
      <td>108</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>III.3.1.1. Développement d'un outil géomatique de modélisation simplifiée : GeoMelba-Spirit</td>
      <td>109</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>III.3.1.2. Contexte du développement de GeoMelba-Spirit</td>
      <td>109</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>III.3.1.3. Principes de GeoMelba-Spirit</td>
      <td>110</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>III.3.1.4. Intégration de l'érosion et du transfert sédimentaire</td>
      <td>115</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>III.3.1.5. Hydrogramme Unitaire et Equation universelle de perte de sol modifiée</td>
      <td>115</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>III.3.2. Application au bassin archétypal « Beaujolais de coteaux »</td>
      <td>117</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>III.3.2.1. Détermination des paramètres d'application de la MUSLE</td>
      <td>117</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>III.3.2.1.1. Événements pluvieux « type »</td>
      <td>117</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>III.3.2.1.2. Détermination des Curve Number</td>
      <td>118</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>III.3.2.1.3. Facteur K d'érodibilité des sols</td>
      <td>118</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>III.3.2.1.4. Facteurs C de couverture végétale et P de pratiques de gestion de l'érosion</td>
      <td>120</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>III.3.2.2. Résultats des simulations de perte de sol à l'échelle de la parcelle sur le bassin « Beaujolais de Coteaux »</td>
      <td>121</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>III.4. Conclusion de la partie III</td>
      <td>123</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>IV. Scénarios d'évolution et impacts sur les vitesses d'érosion et les transferts sédimentaires</td>
      <td>125</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>IV.1. Scénarios à l'échelle du bassin versant avec le modèle INVEST-SDR</td>
      <td>125</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>IV.1.1. Définition des scénarios de référence</td>
      <td>125</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>IV.1.2. Implémentation des scénarios dans la modélisation</td>
      <td>126</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>IV.1.3. Résultats de la modélisation prospective INVEST-SDR</td>
      <td>127</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>IV.1.3.1. Évolution de l'occupation des sols</td>
      <td>127</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>IV.1.3.2. Effet des changements d'occupation du sol sur les transferts sédimentaires</td>
      <td>129</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>IV.1.4. Discussion : améliorations potentielles des scénarios et limites de la méthode</td>
      <td>132</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>IV.2. Modélisation de scénarios d'aménagement et d'évolution de pratiques à l'échelle locale : GeoMelba</td>
      <td>133</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>IV.2.1. Définition des scénarios</td>
      <td>134</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>IV.2.2. Résultats - Discussion</td>
      <td>135</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>IV.3. Conclusions de la partie IV</td>
      <td>139</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>Conclusion générale</td>
      <td>140</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>Bibliographie</td>
      <td>143</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>V. Annexes</td>
      <td>148</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>V.1. Modèle multi niveaux pour le calcul de l'érosivité des pluies à partir de la grille SAFRAN</td>
      <td>148</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>V.2. Caractérisation des périodes d'échantillonnage pour analyse des concentrations en produits phytosanitaires</td>
      <td>149</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>V.3. Concentrations mesurées, variables explicatives</td>
      <td>150</td>
    </tr>
    <tr>
      <td>V.4. Calcul des quantités de substances actives exportées en mai-juin 2021</td>
      <td>151</td>
    </tr>
  </tbody>
</table>
V.5. Coefficients de production et d'abattement des éléments du paysage (surfaciques et linéaires) sur le bassin de la Morcille..................................................................................152

V.6. Rappels sur la méthode du « Curve Number ». Détermination du ruissellement généré par la parcelle/zone contributive au ruissellement..................................................................................154

V.6.1. Construction du hyétogramme de pluie nette : ..................................................................................154

V.6.2. Construction de l'hydrogramme de ruissellement :..................................................................................154

V.6.3. Cartes intermédiaires des simulations de scénarios d'évolution par GeoMelba.156