RESTAURER LE CYCLE DE L’EAU

Du petit cycle de l’eau au grand cycle : restaurer l’évapotranspiration, la condensation et le recyclage continental

Restaurer l’eau dans un écosystème ne consiste pas uniquement à installer une mare, une citerne ou un bassin d’infiltration.

L’eau fonctionne selon un ensemble de cycles imbriqués.

Une goutte d’eau peut successivement :

tomber sous forme de pluie ;
être interceptée par une feuille ;
pénétrer dans le sol ;
être stockée dans un agrégat ;
rejoindre une nappe ;
être absorbée par une racine ;
être transpirée par une plante ;
rejoindre l’atmosphère ;
se condenser ;
puis retomber sous forme de pluie.

À l’échelle d’un jardin, d’une forêt ou d’un territoire, il devient donc possible d’agir sur certaines parties de ce cycle.

L’objectif de l’hydrologie régénérative n’est pas de fabriquer de l’eau, mais de restaurer les mécanismes qui permettent à l’eau de circuler, de séjourner et de se recycler dans le paysage.

1. Les deux grands cycles de l’eau

On distingue généralement deux niveaux complémentaires.

Le petit cycle de l’eau

Il décrit principalement les échanges entre :

surface ;
végétation ;
sol ;
atmosphère.

Le grand cycle de l’eau

Il intègre les échanges planétaires :

océans ;
continents ;
atmosphère ;
glaciers ;
nappes ;
rivières ;
sols ;
biosphère.

Ces deux cycles ne sont pas indépendants.

2. Le petit cycle

Le petit cycle peut être représenté ainsi :

                 ATMOSPHÈRE                     │               condensation                     ↓                   PLUIE                     ↓        ┌────────────┴────────────┐        ↓                         ↓      SOL                     SURFACE        ↓                         ↓     RACINES                  RIVIÈRES        ↓   VÉGÉTATION        ↓  TRANSPIRATION        ↓                 ATMOSPHÈRE

Une partie de l’eau effectue donc plusieurs boucles relativement courtes.

3. Le grand cycle

À l’échelle planétaire :

                       ATMOSPHÈRE                      ↙          ↘              continents        océans                  ↓                ↓                pluie         évaporation                  ↓                ↑            sols / végétation      │                  ↓                │             rivières ─────────────┘                  ↓                OCÉAN

À ce schéma simplifié s’ajoutent :

glaciers ;
neige ;
nappes ;
zones humides ;
permafrost ;
biosphère.

4. Le rôle fondamental de l’évapotranspiration

L’évapotranspiration regroupe :

Évaporation

Passage de l’eau liquide vers l’atmosphère.

Transpiration

Perte d’eau des végétaux principalement par les stomates.

On peut écrire : ET=E+T

où :

ET = évapotranspiration ;
E = évaporation ;
T = transpiration.

5. La végétation comme pompe hydraulique solaire

Une plante fonctionne comme une véritable interface entre :

sol → atmosphère.

             SOLEIL                ↓          énergie solaire                ↓             FEUILLES                ↓          TRANSPIRATION                ↓             ATMOSPHÈRE                ↑                │             Xylème                ↑                │             RACINES                ↑                │              SOL

L’énergie solaire fournit l’énergie nécessaire à une grande partie de ces transformations.

6. Pourquoi l’évapotranspiration est essentielle au climat local

L’eau qui s’évapore ou est transpirée emporte de l’énergie sous forme de chaleur latente.

Une partie de l’énergie disponible à la surface est donc utilisée pour changer l’état de l’eau plutôt que pour augmenter directement la température.

On peut écrire conceptuellement : Rn=H+λET+G

avec :

Rn = rayonnement net ;
H = flux de chaleur sensible ;
λET = flux de chaleur latente ;
G = flux de chaleur vers le sol.

C’est une relation fondamentale pour comprendre le génie climatique végétal.

7. Eau et température

Une surface humide et végétalisée peut donc répartir l’énergie solaire différemment d’une surface sèche et minérale.

Surface sèche

Une fraction importante de l’énergie devient : chaleur sensible

→ température de surface plus élevée.

Surface humide et végétalisée

Une fraction plus importante peut devenir : chaleur latente

→ évapotranspiration.

Ce phénomène participe à la régulation du microclimat.

8. Le rôle de l’ombre

L’ombre agit sur le cycle hydrologique de deux manières.

Elle :

réduit le rayonnement reçu par le sol ;
réduit potentiellement l’évaporation directe.

Mais un arbre ajoute simultanément :

transpiration ;
interception ;
stockage d’eau dans la biomasse ;
modification du vent.

Le bilan doit donc être étudié dans son ensemble.

9. La condensation

L’eau atmosphérique peut revenir à l’état liquide lorsque l’air atteint des conditions favorables à la condensation.

Le processus est associé notamment à :

refroidissement de l’air ;
augmentation de l’humidité relative ;
formation de gouttelettes autour de noyaux de condensation.

On peut alors passer : vapeur d’eau→gouttelettes

10. Les nuages

Les nuages sont des systèmes complexes constitués de :

gouttelettes d’eau ;
cristaux de glace ;
vapeur d’eau ;
aérosols et noyaux de condensation.

La formation des nuages dépend notamment de :

température ;
pression ;
humidité ;
mouvements verticaux ;
aérosols ;
stabilité atmosphérique.

11. Du jardin au nuage : une limite fondamentale

Il serait incorrect de dire :

« planter des arbres provoque directement la pluie ».

La relation est beaucoup plus complexe.

La végétation peut toutefois modifier :

humidité de l’air ;
flux turbulents ;
température ;
évapotranspiration ;
rugosité de surface ;
circulation locale de l’air.

À grande échelle, ces modifications peuvent influencer le recyclage de l’humidité.

12. Le recyclage continental de l’eau

Une partie des précipitations continentales provient de l’eau qui a auparavant été évaporée ou transpirée sur les continents.

On peut donc avoir : pluie→veˊgeˊtation→eˊvapotranspiration→atmospheˋre→transport→nouvelle pluie

C’est le principe du recyclage continental de l’humidité.

13. Une pluie peut donc avoir une histoire continentale

L’eau d’une pluie peut provenir de plusieurs sources :

évaporation océanique ;
évaporation continentale ;
transpiration des végétaux ;
mélange de masses d’air.

Une masse d’air qui traverse plusieurs régions peut donc transporter progressivement de l’humidité provenant de différents territoires.

14. Les flux d’humidité atmosphérique

À grande échelle, l’atmosphère transporte d’importantes quantités d’eau.

On peut conceptualiser :

OCÉAN  ↓évaporation  ↓ATMOSPHÈRE  → → → → → → →       humidité            ↓       CONTINENT            ↓          pluie            ↓        végétation            ↓   évapotranspiration            ↓       ATMOSPHÈRE            ↓        nouvelle pluie

La végétation devient ainsi une composante active du transport d’eau.

15. Le concept de « pompe biotique »

La notion de pompe biotique est utilisée dans certaines approches scientifiques pour décrire le rôle potentiel des forêts et de l’évapotranspiration dans les circulations atmosphériques et le transport d’humidité.

Elle doit cependant être utilisée avec prudence.

Le fonctionnement atmosphérique réel dépend d’une multitude de mécanismes :

gradients de pression ;
circulation générale ;
convection ;
topographie ;
température ;
humidité ;
évapotranspiration.

Il ne faut donc pas réduire le climat régional à un seul mécanisme.

16. La forêt comme infrastructure hydrologique

Une forêt peut agir simultanément sur :

Interception

Les feuilles retiennent temporairement une partie des précipitations.

Sol

Les racines et la matière organique modifient la structure.

Infiltration

La macroporosité peut favoriser certains flux.

Stockage

Le sol et la biomasse stockent de l’eau.

Évapotranspiration

Les arbres transfèrent de l’eau vers l’atmosphère.

Microclimat

La forêt modifie :

température ;
humidité ;
vent ;
rayonnement.

17. Le rôle des mares et zones humides

Les mares, étangs et zones humides jouent également un rôle important.

Ils permettent :

stockage temporaire ;
évaporation ;
alimentation des sols ;
soutien à la biodiversité ;
ralentissement des écoulements.

Ils créent des surfaces d’échange supplémentaires entre :

eau ↔ sol ↔ atmosphère.

18. Restaurer le cycle de l’eau commence par le sol

Une stratégie Omakëya™ doit commencer par la question :

Que devient une goutte de pluie lorsqu’elle atteint le sol ?

Un sol dégradé peut favoriser : pluie→ruissellement→eˊrosion→perte d’eau

Un sol bien structuré peut favoriser : pluie→infiltration→stockage→racines→eˊvapotranspiration.

19. La couverture végétale

Une couverture végétale permanente peut modifier fortement le comportement hydrologique de la surface.

Elle peut :

protéger le sol contre l’impact des gouttes ;
ralentir le ruissellement ;
favoriser l’infiltration ;
réduire l’évaporation directe ;
alimenter la matière organique ;
maintenir une activité biologique.

Mais là encore, les effets dépendent du climat, de la structure du sol et du type de végétation.

20. Le paillage

Le paillage agit principalement à l’interface :

atmosphère ↔ sol.

Il peut réduire :

rayonnement direct ;
température du sol ;
vitesse du vent au niveau du sol ;
évaporation.

Il peut également contribuer progressivement à la matière organique lorsqu’il se décompose.

21. Le rôle des arbres

Un arbre constitue une véritable infrastructure verticale :

              ATMOSPHÈRE                  ↑            TRANSPIRATION                  ↑             FEUILLAGE                  ↑                 TRONC                  ↑               RACINES             ↙    ↓    ↘          SOL    SOL    SOL

Il connecte plusieurs profondeurs du sol avec l’atmosphère.

22. Le rôle des racines profondes

Les racines peuvent exploiter des réserves situées à plusieurs profondeurs.

Cela peut permettre à certains végétaux de maintenir leur transpiration plus longtemps pendant les périodes sèches.

Mais cette consommation d’eau doit être intégrée au bilan.

Une végétation plus abondante n’entraîne donc pas automatiquement une augmentation du débit disponible en aval.

23. Restaurer ≠ maximiser l’évapotranspiration

C’est une distinction essentielle.

L’objectif n’est pas : ET→maximum

mais plutôt : ET optimale+stockage+infiltration+restitution

Une végétation très consommatrice d’eau peut être intéressante dans certains contextes et défavorable dans d’autres.

24. Le bilan hydrique du paysage

Une formulation simplifiée est : ΔS=P−ET−R−D

avec :

P = précipitations ;
ET = évapotranspiration ;
R = ruissellement ;
D = drainage profond ;
ΔS = variation du stockage.

Ce bilan peut être établi :

pour un jardin ;
une parcelle ;
un bassin versant ;
une forêt ;
un territoire.

25. Le paysage comme réservoir distribué

Dans la Vision Omakëya™, il est préférable de ne pas considérer l’eau comme stockée dans un seul ouvrage.

Le stockage peut être réparti entre :

sol ;
mares ;
bassins ;
nappes ;
bois ;
végétation ;
zones humides ;
neige ;
retenues.

On obtient un :

réservoir hydrologique distribué.

26. Ralentir plutôt que simplement retenir

Une mauvaise gestion cherche parfois à :

retenir toute l’eau.

Une stratégie plus robuste cherche à :

ralentir l’eau suffisamment pour qu’elle puisse accomplir son cycle.

Cela signifie :

PLUIE ↓INTERCEPTION ↓RALENTISSEMENT ↓INFILTRATION ↓STOCKAGE ↓UTILISATION ↓ÉVAPOTRANSPIRATION ↓ATMOSPHÈRE ↓CONDENSATION ↓PLUIE

27. Le rôle des corridors écologiques

Les corridors végétalisés peuvent également devenir des corridors hydrologiques.

Ils permettent :

circulation de l’eau ;
continuité des sols ;
continuité biologique ;
ombrage ;
réduction du vent ;
échanges entre habitats.

Une haie, par exemple, peut simultanément être :

corridor biologique ;
filtre à ruissellement ;
brise-vent ;
structure racinaire ;
stockage de carbone.

28. Reconnecter les éléments du paysage

La restauration hydrologique consiste souvent à reconnecter :

toiture

↓

noue

↓

mare

↓

sol vivant

↓

nappe

↓

source

↓

rivière

↓

océan

↓

atmosphère

↓

pluie

Cette vision dépasse largement le simple jardinage.

29. Le cycle de l’eau comme système énergétique

Le cycle de l’eau est également un système énergétique.

L’énergie solaire permet :

évaporation ;
transpiration ;
convection ;
transport atmosphérique.

L’eau transporte ensuite de l’énergie sous forme de chaleur latente.

Lors de la condensation, cette énergie est libérée dans l’atmosphère.

Ainsi : Soleil→eˊvaporation→transport→condensation

constitue également une machine thermique planétaire.

30. Le jardin comme micro-système climatique

À l’échelle d’un jardin, on peut chercher à créer :

surfaces ombragées ;
végétation multi-strates ;
sols couverts ;
zones humides ;
mares ;
haies ;
arbres ;
espaces perméables.

L’objectif est de favoriser un microclimat où l’eau circule plus longtemps dans le système.

31. Mesurer la restauration du cycle

Une démarche scientifique doit mesurer les résultats.

Eau

pluie ;
humidité du sol ;
infiltration ;
ruissellement ;
drainage ;
niveau de nappe.

Atmosphère

température ;
humidité relative ;
déficit de pression de vapeur ;
vent.

Végétation

biomasse ;
surface foliaire ;
croissance ;
transpiration estimée.

Écosystème

biodiversité ;
couverture végétale ;
matière organique ;
carbone du sol.

32. Indicateurs Omakëya™ du cycle de l’eau

On pourrait construire plusieurs indicateurs.

Indice d’infiltration

Ii=VpluieVinfiltreˊ

Indice de stockage

Is=PΔS

Indice de recyclage biologique

Irb=PETveˊgeˊtation

Ces indicateurs sont à considérer comme des outils de diagnostic, et non comme des normes universelles.

33. Le bilan à l’échelle du bassin versant

À grande échelle, il devient possible d’étudier :

précipitations ;
évapotranspiration ;
ruissellement ;
infiltration ;
recharge ;
export d’eau.

On peut alors comparer différents scénarios :

Scénario A

Sol nu + surfaces imperméables.

Scénario B

Végétation + sols couverts.

Scénario C

Forêt-jardin + mares + zones humides + sols restaurés.

L’intérêt du modèle est de quantifier les différences plutôt que de les supposer.

34. Attention au concept de « pluie fabriquée »

Une restauration écologique ne garantit pas une augmentation locale des précipitations.

Les précipitations dépendent de systèmes atmosphériques beaucoup plus vastes.

La formulation scientifique correcte est plutôt :

restaurer les conditions permettant au territoire de mieux participer au cycle de l’eau et au recyclage de l’humidité.

Cette distinction est importante pour conserver une approche rigoureuse.

35. Le grand objectif Omakëya™

L’objectif n’est donc pas de transformer artificiellement un jardin en climatiseur ou en machine à pluie.

Il consiste à créer un système capable de :

recevoir l’eau ;
ralentir son déplacement ;
favoriser son infiltration ;
la stocker ;
la rendre disponible au vivant ;
la restituer progressivement ;
transférer une partie vers l’atmosphère ;
contribuer au recyclage de l’humidité ;
maintenir les écoulements souterrains et superficiels.

36. Le cycle complet restauré

On peut finalement représenter la vision Omakëya™ :

                         ☁                  CONDENSATION                         ↑                         │                  HUMIDITÉ ATM.                         ↑                         │                ÉVAPOTRANSPIRATION                         ↑                         │              ┌──────────┴─────────┐              │                    │         VÉGÉTATION              MARES              ↑                    ↑              │                    │           RACINES              STOCKAGE              ↑                    ↑              └───────┬────────────┘                      │                  SOL VIVANT                      │              ┌───────┴────────┐              ↓                ↓          INFILTRATION      RUISSELLEMENT              ↓                ↓          NAPPE            COURS D'EAU              ↓                ↓          SOURCES ───────────→ OCÉAN

37. Restaurer le cycle de l’eau signifie restaurer les connexions.

La pluie ne doit plus être considérée comme un événement à évacuer rapidement, mais comme une ressource qui peut : ralentir→infiltrer→stocker→vivre→eˊvapotranspirer→recycler

Le sol vivant devient alors le premier réservoir.

La végétation devient une interface entre le sol et l’atmosphère.

Les mares et zones humides deviennent des réservoirs intermédiaires.

Les nappes deviennent des stocks à long terme.

Les rivières deviennent des voies de restitution.

Et l’atmosphère devient le grand système de transport de l’humidité.

L’hydrologie régénérative Omakëya™ consiste ainsi moins à « gérer l’eau » qu’à restaurer les chemins qu’elle emprunte naturellement à travers le paysage.

Cette approche prépare directement la suite du Tome 7 : le cycle du carbone, car eau et carbone sont intimement couplés par la photosynthèse, la production végétale, la matière organique, la respiration des sols et l’activité microbienne.