Sciences de l’eau

Thèmes de recherche

Les réflexions conduites au niveau national et européen conduisent à identifier trois grands thèmes de recherche, qui s’inscrivent tous dans un contexte de changements globaux, climatique notamment, et de développement territorial.

1.    Contaminants dans l'eau : activités humaines, environnement, santé

Les milieux aquatiques sont actuellement menacés par des contaminants nouveaux dont certains sont des perturbateurs endocriniens, des microorganismes produisant des toxines ou encore des bactéries antibiorésistantes.
De nombreuses lacunes subsistent quant à la compréhension du comportement des contaminants, et de leurs métabolites, dans les différents compartiments de l’environnement (eaux de surface, eaux souterraines, sols, organismes vivants et aux interfaces), ainsi que leurs impacts à long terme sur la santé des écosystèmes et des sociétés humaines. Les connaissances doivent progresser sur les processus physiques, chimiques et biologiques qui conditionnent le devenir des contaminants dans ces différents compartiments.
Ces contaminants sont présents en mélanges, le plus souvent mal connus, et on en ignore encore les effets écotoxicologiques spécifiques et synergiques. Il convient également de progresser en termes de connaissance sur les effets des facteurs de stress multiples (contaminants et changements environnementaux), ceci aux différents niveaux d’organisation du vivant. Les interactions entre les activités humaines, les caractéristiques des bassins versants et les milieux littoraux et marins, ou les zones d’interface (entre zones rurales et urbaines, zones estuariennes, corridors rivulaires, zones humides…) sont des sujets majeurs, tout comme la prise en compte des pollutions diffuses sur de vastes territoires.

D’un point de vue opérationnel, il convient de développer des outils analytiques de type screening, de traçage des sources, des stratégies de surveillance et d’évaluation des risques (par exemple sur la base de biocapteurs et de biomarqueurs dans les milieux aquatiques), d’estimer les conséquences des expositions sur les populations humaines et les écosystèmes.
À cet égard, la communication sur les risques liés aux substances chimiques dans l’eau est un enjeu de recherche à l’heure où de plus en plus d’informations sont disponibles.
La conception de ces substances (génie chimique prenant en compte des critères environnementaux dès la conception de la molécule) est également un enjeu important.
Il s’agit enfin de progresser en termes de traitement innovant des contaminants dans les eaux, de maîtrise des apports ponctuels et diffus dans les milieux. Des systèmes hybrides combinant technologies, géo-ingénierie, agroécologie et ingénieries écologiques constituent des pistes à explorer en termes d’innovation.

2.    La biodiversité comme facteur de résilience et de durabilité des écosystèmes aquatiques

Il est attendu une meilleure connaissance du rôle de la biodiversité dans la résilience et la durabilité des systèmes écologiques aquatiques (zones humides, eaux de surface et eaux souterraines et à leurs interfaces, écosystèmes marins côtiers) soumis à des stresseurs multiples. Cette résilience est essentielle au maintien des multiples services écosystémiques rendus aux populations humaines.

L’analyse des réponses écophysiologiques des organismes aquatiques aux changements environnementaux, et à leurs variabilités spatiales et temporelles, doit permettre de mieux comprendre et prévoir la présence ou absence des organismes dans les écosystèmes aquatiques.

À l’échelle des communautés, les liens entre leurs diversités fonctionnelles et les interactions qu’elles supportent sont à la base des fonctionnements trophiques et géochimiques des écosystèmes et des services écosystémiques qui leur sont associés.

Cependant, l’analyse des effets des stresseurs multiples sur des assemblages de communautés portant des fonctions différentes est encore trop peu répandue pour en concevoir des modèles explicatifs et prédictifs performants.

Le paradigme actuel de l’assurance biologique que confèrent les biodiversités (taxinomiques, phylogénétiques et fonctionnelles) aux écosystèmes aquatiques locaux mérite d’être davantage exploré à des échelles d’observation plus larges pour intégrer les complémentarités macroécologiques spatio-temporelles.

Des travaux doivent être amplifiés pour faire le lien entre flux biogéochimiques et perturbations écologiques (eutrophisation) entre biodiversité terrestre (hétérogénéité des paysages, rôle dans les régulations…) et biodiversité aquatique. D’un point de vue opérationnel, des indicateurs fonctionnels (et pas seulement des indices taxonomiques structurels) sont à développer afin de mieux connaître l’état et la dynamique écologique, et pouvoir agir en termes de conservation et de réhabilitation. Au-delà des mesures de protection, dont celles basées sur la logique d’intégration territoriale, des applications innovantes de l’ingénierie écologique doivent encore progresser, pour contribuer à la restauration des ressources en eau, la biodiversité des milieux aquatiques et la réduction des risques d’inondation : gestion des zones humides, zones hyporhéiques, restauration hydromorphologique ou gestion des sédiments, rétablissement des continuités écologiques, réintroduction d’espèces emblématiques, lutte contre les espèces invasives, renaturation des cours d’eau.

3.    Gestion intégrée des ressources en eau et des risques, maintien de la durabilité et de la résilience des socio-écosystèmes face aux changements globaux

Les modèles intégrés représentant l’ensemble du cycle de l’eau, reliant les compartiments (atmosphère, pédosphère, hydrosphère de surface et souterraine) et les usages de l’eau (végétation naturelle et cultivée, êtres humains), doivent encore progresser pour prendre en compte des scénarios de demande en eau, prévoir l’impact des changements globaux (notamment liés au climat, à la démographie, aux systèmes agricoles, à l’urbanisation, à la littoralisation…), et progresser tant sur les aléas (phénomènes physiques liés à l’eau) que sur la vulnérabilité des sociétés (liée directement à l’aménagement du territoire et à l’occupation des sols).

Il s’agit de progresser en termes de compréhension des processus, de développement d’outils d’aide à la décision, de nouveaux systèmes de gouvernance et de gestion de l’eau dans les territoires ruraux comme urbains, l’eau faisant souvent le lien entre eux. Il faut également promouvoir de nouvelles approches intégrées telles que la réutilisation des eaux pour différents usages.

Ces travaux doivent aider à éclairer et à arbitrer la concurrence entre les différents usages de la ressource ainsi qu’aider les usagers. Les différentes valeurs de l’eau, qu’elles soient écologiques, économiques, symboliques ou encore sociales, doivent être prises en considération, avec leur spécificité propre et dans des processus d’interactions.

Ces travaux doivent s’appuyer sur des démarches d’observation, d’expérimentation et de modélisation. Ils doivent décloisonner les travaux sur l’eau (dans tous ses états, y compris neige et glace, et les différents compartiments concernés), le climat, les écosystèmes terrestres et aquatiques (lacs, cours d’eau, estuaires…) avec notamment le développement de nouveaux instruments de mesure fiables et économiques (capteurs haute fréquence, télédétection haute résolution…), la construction de systèmes d’observation et d’informations géo référencées, la prise en compte des données issues de la société (de plus en plus nombreuses et rendues disponibles grâce aux technologies numériques). Ces données sont indispensables pour l’application des réglementations actuelles (Directive-cadre sur l’eau, directive inondation…) mais utiles aussi pour la recherche.

De nouveaux services doivent être créés pour accompagner l’émergence et la diffusion de solutions d’adaptation pour faire face à ces changements. Les solutions qu’elles soient liées à la gouvernance, à l’ingénierie de la concertation, à des approches systémiques ou des technologies doivent pouvoir émerger, puis faire l’objet de tests, de modélisations intégrées à différentes échelles, sur différents territoires, en partenariat avec des acteurs publics et privés.

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