Contexte

Dans de nombreux pays du Sud, les modes d’usage et d’occupation des terres changent très rapidement sous les effets combinés de la croissance démographique, de l’amélioration de l’accès aux marchés internationaux des produits agricoles et des changements d’habitudes alimentaires. En modifiant le type, la distribution spatiale et les rythmes de successions du couvert végétal (forêt, cultures annuelles, jachères, plantations), ces changements d’usage des sols impactent directement le cycle de l’eau, l’érosion et le transport des polluants.
L’Asie du Sud-est, caractérisée par un fort développement économique et le taux annuel de déforestation le plus élevé au monde, a déjà subi des conséquences de ces changements d’usage des sols ces dernières décennies : pointes de crues exacerbées, étiages bas. Et les projections futures pour cette région annoncent une raréfaction de la ressource en eau, une diminution de sa qualité et une augmentation des risques d’inondations.
Dans ce contexte, comprendre et modéliser le comportement hydrologique et la qualité de l’eau constitue un pré-requis pour prédire et gérer un grand nombre de problèmes environnementaux actuels, et à venir. Il est important de traiter cette question à différentes échelles spatiales : au niveau local (petits bassins versants amont) qui intéresse les paysans, et à l’échelle régionale (grand bassin versant) qui concerne une plus grande variété d’acteurs.

Bassin de la rivière Nam Khan

Objectifs

Le projet PASTEK se concentre sur un des fleuves d’Asie du Sud-Est particulièrement vulnérable au changement global : le Mékong. Sa vulnérabilité est liée aux caractéristiques de ses nappes phréatiques : importante sensibilité aux variations de précipitation et au changement d’usage de sols, capacité de stockage limitée. PASTEK vise à étudier les impacts du changement global sur les volumes et la qualité (sédiments, contamination bactérienne) des eaux de l'un des sous bassins du Mékong : le bassin versant de la Nam Khan (7 200 km²). Le premier volet de ce projet consistera à comprendre, à partir de données déjà nombreuses, le lien entre usage des terres, signal pluviométrique, réponse hydrologique et qualité des eaux. Le second volet sera dédié au développement d'un modèle fondé sur les mesures de débits réalisées sur la Nam Khan depuis 1960 et à l'extrapolation de ce modèle sur la période 2010-2050 suivant plusieurs scenarii d'évolution climatique et de changement d'usage des terres.

Méthodologie

Le projet s’articule selon quatre grandes opérations de recherche. Les deux premières portent essentiellement sur la caractérisation des milieux et des flux, les deux dernières sur la modélisation avec des simulations faisant appel à des changements d’échelle dans l’espace et le temps.

Volet 1 : Impact de l’usage des terres sur le fonctionnement hydrologique et la qualité de l’eau à l’échelle du bassin de Houay Pano
Le bassin de Houay Pano est composé de 9 bassins versants emboîtés dont la surface est comprise entre 0,1 et 1 km². Le corridor rivulaire de cette rivière subit une pression anthropique croissante depuis une dizaine d’années, faisant craindre une augmentation des risques de maladies hydriques liées aux mauvaises conditions d’hygiène. L’usage des terres de ces bassins versants a été reconstitué depuis 1960 : les durées moyennes de jachère sont passées de 8 ans en 1970 à 2 ans de nos jours avec une quasi-disparition du couvert forestier. D’après les suivis hydrologiques, les  variations climatiques interannuelles ont été limitées. Les variations de débit hydrologique sont ainsi majoritairement imputables aux changements d’usage des sols.
L’étude de l’impact de l’usage des terres s’appuiera sur différentes données :
- Des données issues du projet international MSEC (Management of Soil Erosion Consortium)
- Des données issues de différents suivis au cours du projet (données hydropluviométriques et d’exportation des sédiments ; carte des usages des terre ; données piézométriques)
- le suivi des relations nappe-cours d’eau par des techniques de traçage isotopique naturel de l’eau et de sondages géophysiques.

Bassin de Houay Pano

Volet 2 : Impact de l’usage des terres et de la variabilité climatique sur le régime hydrologique à l’échelle du bassin de Nam Khan
Le bassin de Nam Khan couvre une surface de 7200 km². Il a fait l’objet d’un suivi hydrologique par le service hydro-météorologique laotien depuis 1960. Seuls les 20 premiers kilomètres à l’aval de la confluence présentent une intensification agricole significative. Sur le reste du parcours, l’intensification décroît progressivement, ce qui permet de conclure que les variations hydrologiques observées sur la Nam Khan depuis 1960 sont essentiellement liées aux variations climatiques. Ce volet d’étude s’appuie sur la base de données hydropluviométrique de la MRC (Mekong River Commission) et le suivi de l’usage des terres à partir d’images satellites du bassin de Nam Khan. Il s’agit de produire des profils longitudinaux de la rivière afin d’identifier les sources de pollution et de contamination fécale, et de prélever des échantillons d’eau.

Volet 3 : Simulation numérique du fonctionnement hydrologique, biogéochimique et sédimentaire du bassin de la Nam Khan
L’objectif consiste à mettre à l’échelle du bassin de la Nam Khan, un modèle du fonctionnement hydrologique du bassin de Houay Pano déjà développé à partir de l'outil numérique CAST3M (LSCE-CEA), notamment dans le cadre du projet ONDINE (E2CO2). Le couplage du modèle avec le modèle de végétation ORCHIDEE doit permette de prendre en compte les données d’usage des terres. Les des débits en différents points du réseau hydrographique constitueront les sorties du modèle. Elles serviront de variables d’entrée au modèle SENEQUE/Riverstrahler, un modèle générique de fonctionnement biogéochimique et de qualité d’eau des réseaux hydrographiques, applicable à des bassins de quelques dizaines à plusieurs dizaines de milliers de km². Les variables de qualité de l’eau calculées par le modèle comportent les matières en suspension (sédiments) mais aussi les bactéries indicatrices de pollution fécale. SENEQUE permettra ainsi d’étendre les données locales de qualité des eaux à plus grande échelle.

Volet 4 : Impact du changement climatique sur le fonctionnement hydrologique de la Nam Khan pour la période 2010-2050

Cette opération calque la méthodologie développée dans le cadre du projet REGYNA (pour l'Afrique de l'Ouest, les bassins de la Plata et du sud de l'Amazonie) au cas du Nord Laos. Il s'agit dans un premier temps d'établir le lien statistique (fonction de transfert) entre la circulation atmosphérique à grande échelle et le régime pluviométrique journalier dans la région de Luang Prabang. A cette fin, une série pluviométrique de 1960 à 2009 est disponible. Dans un deuxième temps, cette méthode de régionalisation doit être appliquée au contexte du changement climatique en suivant différentes projections disponibles de la base IPCC pour l'Asie du sud est.
Enfin, les projections statistiques de la pluviométrie pour le Nord Laos permettront d’ alimenter la "chaîne" de modèles Cast3M-ORCHIDEE-SENEQUE, et de calculer l'évolution temporelle des stocks d'eau dans les différents compartiments (subsurface, surface et rivière) de la Nam Khan et estimer la contamination fécale.
Le cas d'événements extrêmes sera aussi étudié, leurs impacts sur le régime hydrologique et le degré de pollution du Nam Khan et du Mékong étant potentiellement importants. Des scenarii d'évolution de l’usage des terres seront également testés. Ils tiendront compte, notamment, des successions de systèmes agraires, du fort gradient de pression anthropique le long du bassin de la Nam Khan, des projections d’accroissement de la population, des politiques publiques d’aménagement du territoire.