Modélisation numérique des rétroactions entre morphodynamique fluviale et traits fonctionnels des plantes riveraines – NUMRIP

Une approche basée sur les traits fonctionnels permettra d'explorer la réponse des unités végétales à divers facteurs environnementaux (traits de réponse) ainsi que la manière dont les unités affectent la morphodynamique fluviale (traits d'effet). Le modèle NUMRIP sera structuré en trois principaux axes de travail : Analyse spatiale (WP1) : Définir une procédure semi-automatique pour la constitution d'informations spatiales 2D et 3D (modèles numériques de terrain [MNT] et caractéristiques des plantes). Les données spatiales seront acquises sur des sites de mesures à long terme le long des rivières Allier et Garonne en utilisant des technologies de télédétection. Caractérisation basée sur les traits et modélisation statistique de la végétation (WP2) : Utilisation des données spatiales sur les caractéristiques de la végétation acquises avec des drones, ainsi que des échantillonnages in situ dans diverses formations végétales représentant différents stades de succession le long des rivières Allier et Garonne; analyses statistiques des composantes de la diversité fonctionnelle (FD) au niveau des communautés liées à la variété des valeurs de traits (par exemple, richesse, uniformité, divergence), aux valeurs/modalités de traits les plus abondantes ou ‘valeurs moyennes pondérées des traits’ (CWM) et aux valeurs de traits d'importance particulière définiront les groupes fonctionnels biogéomorphologiques de réponse et d'effet. Développement du modèle NUMRIP (WP3) : Codage d'un module hydrogéomorphologique, codage et calibration d'un module végétation basé sur les traits fonctionnels, et développement d'un code optimisé pour rendre les performances de calcul compatibles avec le fonctionnement numérique du modèle. La dynamique de la végétation sera modélisée en termes de réponse et d'effet sur la morphodynamique fluviale en utilisant les résultats des approches de télédétection et de terrain. Le corridor fluvial sera décrit pour les rivières Allier et Garonne avec de multiples cellules carrées de 10x10 m ou plus petites, spatialement arrangées le long du gradient amont-aval. Pour chaque cellule, la réponse de la végétation riveraine (en termes de recrutement, survie, croissance, processus de succession) aux conditions hydrogéomorphologiques, et son effet sur les conditions hydrogéomorphologiques (en termes de traits morphologiques et biomécaniques) sera modélisée. La calibration sera basée sur les données spatiales et écologiques générées dans WP1 et WP2.

Les résultats comprendront des développements théoriques liés aux rétroactions entre les processus hydrogéomorphologiques, les formes fluviales et la dynamique de la végétation riveraine ; et les résultats des analyses spatiales de la mosaïque paysagère avec les technologies de télédétection (voir section Production scientifique).

Le modèle NUMRIP sera utilisé pour explorer les trajectoires potentielles d’ajustements des corridors fluviaux soumis à des changements dans le couvert végétal, le climat et les régimes de débits liquide et solide (fréquence, amplitude et timing des inondations ; quantité et taille des sédiments), aux variations de la disponibilité des masses d’eau souterraine et aux travaux d'aménagement anthropiques des rivières (par exemple, barrages, protections des berges, régulation des débits). Le modèle sera donc conçu pour devenir progressivement un système d'aide à la décision pour les gestionnaires de rivières. Il permettra d'analyser la relation complexe entre la biodiversité végétale et les capacités de résistance et de résilience biogéomorphologiques des rivières dans le contexte du changement climatique, des régimes de perturbation hydrogéomorphologique changeants et des variations des ressources en eau (par exemple, disponibilité des eaux souterraines dans les plaines alluviales). Une avancée scientifique apportée par le modèle numérique sera également la possibilité d'analyser les états d'équilibre dynamique fluvial passés et potentiels à long terme. Cela permettra d'explorer les conditions hydrosédimentaires et environnementales à l’origine de la formation et du maintien des différents styles fluviaux (par exemple, en tresses, en îles en tresses, vagabond, méandriforme, en anastomoses) à la lumière des rétroactions éco-évolutives entre la végétation (sélection et évolution des traits) et la morphodynamique sur des échelles de temps géologiques.

Des articles scientifiques sont publiés dans des revues spécialisées en Écologie, Géosciences, Télédétection, Gestion environnementale. Les résultats sont également présentés dans des colloques nationaux et internationaux. Un premier prototype du modèle NUMRIP sera produit à la fin de 2025.

Exemples :
En préparation :
Courcoul C. et al. (en prép.). Using the plant functional trait approach to determine riparian vegetation succession trajectories in a biogeomorphological phase space.
Dav M. Ebengo et al. (en prép.). Integrative mapping of riparian vegetation functional units using multispectral imaging, unmanned laser scanning, topographic indices and field surveys.

Publiés :
Corenblit D., Steiger J. (2024). Fluvial biogeomorphological feedbacks from plant traits to the landscape: lessons from selected French rivers in line with A.M. Gurnell’s influential contribution. River Research and Applications.
O’Briain R. et al. (2024). Towards Biogeomorphic River Restoration: Vegetation as a Critical Driver of Physical Habitat. River Research and Applications.
Corenblit D. et al. (2024). Vegetation effects on river morphodynamics. Part I: research clarifications and challenges. Earth Science Reviews.
Corenblit D. et al. (2024). Vegetation effects on river morphodynamics. art II: Why is a functional trait framework important? Earth Science Reviews.
Corenblit D. et al (2024) Resilience and the physical science of rivers. Cambridge University Press.

Conférences :
Dov Corenblit et al. (2024). NUMRIP : modèle numérique de dynamique du paysage fluvial basé sur les rétroactions entre végétation et morphodynamique fluviale pour la gestion des rivières dans un contexte de changement global. Comprendre les socio-écosystèmes pour agir. 3ème édition de la Semaine Écologie, Environnement Biodiversité du CNRS. 27 mai 2024, Goyrans.
Corenblit D. (2024). Colloque «adaptation au changement climatique en lien avec les pratiques GEMA. 25 et 26 avril 2024, Négrepelisse.
Corenblit D. (2024). Journée SFN CeMEB, 28-29 novembre 2022, Montpellier.
Courcoul C. et al. (2024). ECOVEG17, 20 au 22 mars 2024, Amiens.
Corenblit D. (2022). Journée SFN CeMEB, 28-29 novembre 2022, Montpellier.
Corenblit D. et al. (2022). Atelier Eco-Evo, Prospective INEE 2022, La Rochelle.
Corenblit D. (2022). Journée DIPEE INEE, Clermont-Ferrand.
Garófano-Gómez V. et al. (2022). European Geosciences Union General (EGU) Assembly April-2022, Vienna, Austria.
Garófano-Gómez V. et al. (2022). 39th IHAR World Congress, 19-24 juin, Granada, Spain.
Mazal L. et al. (2022). Conférence « La biodiversité alluviale du bassin versant de la Loire 2022: fonctionnement, dynamique et suivis », Tours.

La modélisation de la dynamique fluviale face aux changements environnementaux doit reposer sur la prise en compte des rétroactions entre processus hydrogéomorphologiques et dynamique de la végétation riveraine. Les processus hydrogéomorphologiques contrôlent la dynamique végétale et, en retour, la végétation influe sur l’écoulement et le transport sédimentaire. Un ensemble restreint de traits des plantes riveraines permet de décrire leurs réponses et leurs effets sur la morphodynamique fluviale. Les rétroactions biogéomorphologiques sont encore peu prises en compte dans les modèles numériques de morphodynamique fluviale. Le projet NUMRIP a pour objectif de développer un modèle numérique intégrant les rétroactions entre les processus hydrogéomorphologiques et un ensemble de traits fonctionnels clés des plantes riveraines. Nous développerons un outil scientifique innovant de gestion et restauration des hydrosystèmes fluviaux.