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Rapport du mini-colloque sur la formation pédagogique des nouveaux enseignants à l'université. Congrès de l'AIPU Montréal. Peterson
ACADÉMIE DES SCIENCES
LES EAUX
CONTINENTALES
Sous la direction de
GHISLAIN DE MARSILY
2006"eaux_continentales" - 2006/9/15 - 14:24 - page iv - #4?
Les eaux continentales
"eaux_continentales" - 2006/9/15 - 14:24 - page iv - #4? "eaux_continentales" - 2006/9/15 - 14:24 - page i - #1?Les eaux continentales
RAPPORT SUR LA SCIENCE ET LA TECHNOLOGIEN
o 25Animateur : Ghislain de Marsily
ACADÉMIE DES SCIENCES
17, avenue du Hoggar
Parc dactivités de Courtabuf, BP 112
91944 Les Ulis Cedex A, France
"eaux_continentales" - 2006/9/15 - 14:24 - page ii - #2?Rapports sur la science et la technologie
-Sciences et pays en développement. Afrique subsaharienne francophone RST n o21, 2006.
-La recherche spatiale française RST n o22, 2006.
-L"épidémiologie humaine. Conditions de son développement en France, et rôle des mathématiques RST n o23, 2006.
-La maîtrise des maladies infectieuses. Un défi de santé publique, une ambition médico-scientifique RST n o24, 2006.
Imprimé en France
c?2006, EDP Sciences, 17, avenue du Hoggar, BP 112, Parc d"activités de Courtabuf,91944 Les Ulis Cedex A
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tue une contrefaçon. Seules sont autorisées, d"une part, les reproductions strictement réservées à
l"usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective, et d"autre part, les courtes ci-
tations justifiées par le caractère scientifique ou d"information de l"uvre dans laquelle elles sont
incorporées (art. L. 122-4, L. 122-5 et L. 335-2 du Code de la propriété intellectuelle). Des pho-
tocopies payantes peuvent être réalisées avec l"accord de l"éditeur. S"adresser au : Centre français
d"exploitation du droit de copie, 3, rue Hautefeuille, 75006 Paris. Tél. : 01 43 26 95 35.ISBN 2-86883-863-4
"eaux_continentales" - 2006/9/15 - 14:24 - page iii - #3?Académie des sciences
Rapport Science et Technologie
Le Comité interministériel du 15 juillet 1998, à l"initiative du ministre de l"Édu- cation nationale, de la Recherche et de la Technologie, a confié à l"Académie des sciences l"établissement du rapport biennal sur l"état de la science et de la technologie. Pour répondre à cette demande, l"Académie des sciences a mis en place en son sein le Comité "Rapport Science et Technologie» (RST), chargé de choisir les sujets d"étude et de suivre les travaux. Chaque thème retenu est conduit par un groupe de travail animé par un membre ou un correspondant de l"Académie, entouré d"experts. Chaque rapport est soumis au Comité RST, à un Groupe de lecture critique, et à l"Académie des sciences. Entre 1999 et 2006, vingt-quatre rapports ont ainsi été édités et remis au ministre délégué à la Recherche. "eaux_continentales" - 2006/9/15 - 14:24 - page iv - #4? "eaux_continentales" - 2006/9/15 - 14:24 - page v - #5?COMPOSITION DU COMITÉ RST
Alain ASPECT
Membre de l"Académie des sciences - Directeur de recherche au Centre natio- nal de la recherche scientifique, professeur à l"École polytechniqueJean-François BACH
Secrétaire perpétuel de l"Académie des sciences - Professeur à l"universitéRené-Descartes
Jean-Michel BONY
Membre de l"Académie des sciences - Professeur à l"École polytechniqueChristian BORDÉ
Correspondant de l"Académie des sciences - Directeur de recherche au Centre national de la recherche scientifiqueÉdouard BRÉZIN
Président de l"Académie des sciences - Professeur à l"université Pierre-et-Marie-Curie et à l"École polytechnique
Marie-Lise CHANIN
Correspondant de l"Académie des sciences - Directeur de recherche émérite au Centre national de la recherche scientifiqueGeneviève COMTE-BELLOT
Correspondant de l"Académie des sciences - Professeur émérite de l"École cen- traledeLyonFrançois CUZIN
Membre de l"Académie des sciences - Professeur à l"université de Nice-Sophia-Antipolis
Jean DERCOURT
Secrétaire perpétuel de l"Académie des sciences - Professeur émérite à l"uni- versité Pierre-et-Marie-CurieChristian DUMAS
Membre de l"Académie des sciences - Professeur à l"École normale supérieure de Lyon "eaux_continentales" - 2006/9/15 - 14:24 - page vi - #6? viLES EAUX CONTINENTALESMichel FARDEAU
Correspondant de l"Académie des sciences - Professeur au Conservatoire na- tional des arts et métiers, directeur médicalet scientifique à l"Institut de myologie (Hôpital de la Pitié Salpêtrière)Jules HOFFMANN
Vice-président de l"Académie des sciences - Directeur de l"Institut de biologie moléculaire et cellulaire de StrasbourgJean-Pierre KAHANE
Membre de l"Académie des sciences - Professeur émérite à l"université Paris-Sud Orsay
Daniel KAPLAN
Membre de l"Académie des sciences - Directeur de la société FastliteHenri KORN
Membre de l"Académie des sciences - Professeur honoraire à l"institut Pasteur et directeur de recherche honoraire à l"Institut national de la santé et de la recherche médicaleNicole LE DOUARIN
Secrétaire perpétuelle honoraire de l"Académie des sciences - Professeur ho- noraire au Collège de FranceJean-Louis LE MOUËL
Membre de l"Académie des sciences - Physicien à l"Institut de physique du globedeParisFrançois MATHEY
Membre de l"Académie des sciences - Directeur de recherche au Centre natio- nal de la recherche scientifique, professeur à l"École polytechniqueRené MOREAU
Membre de l"Académie des sciences - Professeur à l"Institut national polytech- niquedeGrenobleOlivier PIRONNEAU
Membre de l"Académie des sciences - Professeur à l"université Pierre-et-Marie- CurieJean-Pierre SAUVAGE
Membre de l"Académie des sciences - Directeur de recherche au Centre natio- nal de la recherche scientifique "eaux_continentales" - 2006/9/15 - 14:24 - page vii - #7?COMPOSITION DUCOMITÉRSTvii
Moshe YANIV
Membre de l"Académie des sciences - Professeur à l"Institut Pasteur et directeur de recherche au Centre national de la recherche scientifiqueCoordination éditoriale :
Jean-Yves CHAPRON
Directeur du service des Publications de l"Académie des sciences, assisté deJoëlle FANON
"eaux_continentales" - 2006/9/15 - 14:24 - page viii - #8? "eaux_continentales" - 2006/9/15 - 14:24 - page ix - #9?AVANT-PROPOS
JEAN DERCOURT
Secrétaire perpétuel de l"Académie des sciences L"Académie a procédé à l"étude des eaux continentales, en deux étapes qui se sont recouvertes : - un bilan des travaux scientifiques les plus actuels (ComptesRendusGeo- science, numéro thématique " Eaux continentales », janvier-février 2005,Tome 337 Fascicule 1-2, 296 pages);
- et le présent rapport, dans lequel le groupe de travail a retenu, dans le cadre général de la problématique des eaux continentales et des sociétés humaines, quatre domaines nécessitant des décisions de la part des auto- rités politiques, françaises et européennes, dans le cadre international : - les aménagements hydrauliques existants et les retours d"expériences à en tirer pour améliorer leur efficacité et réduire les nuisances asso- ciées, - l"impérieuse nécessité de développer une discipline émergente : l"écologie quantitative qui, à partir des écosystèmes existants, que ceux-ci soient en " bonne santé », en cours de dégradation ou to- talement dégradés, peut conduire à prévoir les conséquences des indispensables modifications qui devront être apportées aux réseaux hydrographiques actuels pour répondre aux exigences imposées par la croissance démographique; celle-ci conduira en un demi-siècle (moins d"une vie humaine) au doublement de la population du globe, - les aménagements hydrauliques nécessaires à la préservation de la santé humaine, - et les contraintes liées aux modifications climatiques, qui imposent de mieux connaître les évolutions des bassins versants où interviendront les aménagements. Ce rapport comporte des présentations conduisant à des recommandations d"actions et à des exemples (sous formes d"encadrés) relatant des expériences ou explicitant certaines notions. "eaux_continentales" - 2006/9/15 - 14:24 - page x - #10? xLES EAUX CONTINENTALES Les eaux sont très irrégulièrement réparties à la surface de la planète : 97 % du volume total s"accumule dans les océans, 2 % sur les continents, 0,6 % en phase solide dans les inlandsis polaires et les glaciers, enfin une part très modeste en phase gazeuse dans l"atmosphère (le volume des eaux atmosphé- riques ne dépasse pas 13000 km 3 , soit 7 fois moins que le volume de la merCaspienne!).
L"eau atmosphérique joue un rôle moteur dans le cycle de l"eau car, au-dessus des océans, l"évaporation est excédentaire par rapport aux précipitations; le surplus est exporté par l"atmosphère au-dessus des continents où les précipita- tions sont plus abondantes que l"évaporation et alimentent l"océan en eau douce. En outre, l"eau atmosphérique intervient dans l"établissement du bilan radiatif de la planète. La quantité d"énergie solaire reçue par la planète varie avec la mécanique du Système solaire et se traduit par des variations périodiques bien déterminées (400000, 100000, 40000, 20000 ans) et d"autres dont l"origine ne l"est pas encore (7000, 1500 ans). La composition physicochimique de l"atmosphère varie aussi selon la position qu"occupent les continents à la surface de la planète - de la concentration aux pôles à de rares époques géologiques à l"équateur à d"autres - et selon l"abon- dance en différents gaz, dont ceux qui jouent, aux côtés de la vapeur d"eau, un rôle dans l"effet de serre (dioxyde de carbone et méthane). Pendant que l"espèce humaine s"étendait sur la planète, l"intensité du cycle de l"eau a profondément varié et modifié surface, biodiversité et morphologie. Pour s"en tenir à deux époques de la préhistoire, alors que l"homme avait déjà atteint un niveau de développement culturel et social élevé - il avait déjà orné la grotte Chauvet (29000 ans) et celle de Lascaux (17000 ans) - une période glaciaire a concentré il y a 18000 ans de grandes quantités de glace aux pôles; elle s"étendait jusqu"aux emplacements actuels de Londres et de Bruxelles, alors que le niveau des océans était plus bas de 120 m par rapport à notre époque, qu"une large fraction de la plate-forme péricontinentale émergeait et que les côtes étaient repoussées très loin vers l"océan. Il y a 8000 ans, la température moyenne du globe s"étant significativement accrue, les inlandsis polaires et les glaciers ayant beaucoup fondu, le Groenland était couvert de prairies sur ses bordures et le Sahara recouvert d"une savane parsemée de lacs, habitée de chasseurs qui ornaient la grotte du Hoggar. Ce rapport s"inscrit dans le temps historique et évoque les prochaines décen- nies. À cette échelle de temps, si les variations climatiques sont significatives, elles restent modestes. L"homme n"est plus seulement spectateur de l"évolution "eaux_continentales" - 2006/9/15 - 14:24 - page xi - #11?AVANT-PROPOSxi
du monde et de son climat, il en est aussi acteur. Si, sans lui, le climat varie beaucoup, parfois rapidement (quelques décennies), l"accroissement de l"acti- vité humaine, liée à une démographie en croissance très rapide, deviennent deux paramètres majeurs du cycle de l"eau. L"humanité s"est développée car les famines et les épidémies ont beaucoup diminué depuis quelques siècles et, avec elles, la mortalité, tout particulièrement la mortalité infantile. Depuis peu, la durée de la vie croît. Ces transformations interfèrent avec le cycle de l"eau par augmentation de l"effet de serre. Celle- ci est liée au développement industriel qui accroît les émissions de dioxyde de carbone par déstockage du carbone des combustibles fossiles, et à l"agriculture, qui accroît la quantité de méthane émise par les végétaux et les animaux. La température, donc, influe sur la vitesse du cycle de l"eau, sur la fonte des glaces, sur le régime des vents et des courants océaniques, amplifiant les processus naturels. Ceci devient désormais préoccupant puisque la population humaine est passée de environ un milliard à six milliards d"habitants en deux siècles. Mais l"état actuel n"est pas satisfaisant pour tous : un milliard d"hommes ne disposent pas d"assez d"eau potable, et ce chiffre atteint 2,5 milliards si l"on considère l"assainissement défaillant de l"eau. Il convient donc de répondre à deux défis : - rattraper le retard à l"amélioration du cadre de vie de près de la moitié de l"humanité actuelle; - prévoir l"accroissement de la population qui, dans les cinquante pro- chaines années, pourrait presque doubler avant de se réduire beaucoup et vite, selon les prévisions démographiques.1. Nourrir douze milliards d"hommes
Au cours des derniers siècles, les techniques agricoles et la généralisation du commerce ont permis de réduire des famines dans les pays développés. Les surfaces cultivées ont été accrues : elles couvrent 1240 millions d"hectares en cultures pluviales et 260 millions d"hectares en cultures irriguées. L"accroissement de ces deux formes mérite réflexion car il n"est pas possible d"augmenter la productivité sans accroître fortement, dans les mêmes proportions, l"irrigation telles qu"elle est pratiquée de nos jours. Des recherches, tant technologiques que chimiques, s"imposent (engrais, pesticides, nouvelles espèces de blé, de riz et de maïs appropriées). L"extension des aires cultivées et l"augmentation de la productivité sont in- dispensables, mais l"état actuel des connaissances ne le permet pas, d"autant plus que les modes de nutrition changent. Actuellement, une part importante "eaux_continentales" - 2006/9/15 - 14:24 - page xii - #12? xiiLES EAUX CONTINENTALES de l"humanité ne consomme de la viande que modestement; sur plusieurs conti- nents, le poulet est la principale source : il demande 4,1 tonnes de céréales pour une tonne de viande. Si les habitudes alimentaires de plusieurs pays venaient à suivre le modèle occidental, le problème s"aggraverait : en effet, une tonne de viande de buf nécessite trois fois plus de blé que le poulet, donc trois fois plus de surfaces cultivables; dans l"état actuel des sols et de la productivité, ces surfaces ne sont pas disponibles. Une spécialisation de production pourrait s"avérer nécessaire : l"Europe, l"Amérique du Nord, le Brésil, tous placés dans des zones géographiques où l"agriculture pluviale peut se développer, pourrait ainsi exporter des denrées agricoles, ce qui reviendrait à exporter de l"eau virtuelle. Dans chaque pays existent de vastes bassins sédimentaires où sont piégées des nappes d"eaux souterraines permettant une irrigation, mais leur exploitation est limitée par leur réalimentation. Pour nourrir l"humanité de demain, il convient donc d"accroître la production sans polluer, et pour cela des travaux de recherche sont nécessaires mais, quel que soit le succès de ces dernières, des échanges commerciaux mondiaux ne le sont pas moins.2. Prévenir les maladies anciennes et émergentes
Les eaux stagnent et circulent. Dans les mégalopoles, les villes et les villages, des réseaux d"eaux usées drainent et concentrent les eaux polluées par l"activité humaine; ils véhiculent microbes et produits chimiques, ils sont mal séparés des eaux potables ou industrielles et développent des épidémies qui empêchent la résorption de la mortalité infantile. L"assainissement des eaux est actuellement une nécessité technique et écono- mique.3. Veiller à permettre la résilience d"écosystèmes
à quantifier et à créer
Les écosystèmes aquatiques continentaux constituent des milieux précieux pour le développement harmonieux du cycle de l"eau. Ils sont très fragiles : cha- cun d"eux peut subir des variations de ses différents constituants autour d"une position d"équilibre, mais une variationtrop forte empêche la résilience, c"est-à- dire le retour à l"équilibre. "eaux_continentales" - 2006/9/15 - 14:24 - page xiii - #13?AVANT-PROPOSxiii
L"analyse des écosystèmes actuels grâce à des observations de longue durée, accumulées selon des protocoles rigoureux, progresse rapidement. Il en va ainsi des données historiques, comme par exemple celles mises en évidence depuis le haut Moyen Âge, où les climats étaient plus chauds que le climat actuel (le " beau Moyen Âge » de Leroy-Ladurie), suivi du petit Âge glaciaire débordant le XII e siècle où les climats étaient plus rudes qu"actuellement, et ceci jusqu"aux écosystèmes contemporains. De telles séquences éclairent les possibles modalités de l"évolution des écosystèmes et le passage d"un système résilient à un autre. Le pas suivant à accomplir doit permettre de prévoir les modalités d"instal- lation des écosystèmes, conséquences des modifications du réseau hydraulique naturel actuel, afin de maintenir et même d"améliorer l"état sanitaire et nutri- tionnel d"une population mondiale dont il est certain que le taux de croissance sera considérable jusqu"aux années 2050 : la population doublera, rappelons- le dans les cinquante prochaines années. Cette nécessité implique un très fort développement des sciences écologiques vers l"écologie théorique et quantitative d"une part, appliquée de l"autre. Les retours d"expériences de grands travaux réalisés depuis les temps his- toriques (assèchement de marécage à des fins agricoles et sanitaires, implan- tations de barrage géants, récents et en cours : Nil, Danube, Mekong, Yang- Tsé, ...) sont l"objet d"études écologiques; elles devront se développer pour accéder à une écologie prédictive quantifiée, laissant aux autorités politiques la charge de décider des travaux à entreprendre, et ne se bornant pas à lister des modifications du milieu originel. Le réchauffement climatique, ses conséquences et son atténuation sont l"objet de nombreux travaux internationaux qui aboutissent à des décisions nationales, européennes et internationales. Il en est de même de la politique de santé pu- blique ou de la nécessité d"accroître la production d"énergie sans accroître lesémissions de gaz à effet de serre.
En revanche, la croissance démographique et ses conséquences sur les be- soins alimentaires de dix à douze milliards d"humains, dans les cinquante pro- chaines années, en sont encore au stade de colloques internationaux de prise de conscience. Au terme de ce rapport, apparaîtra au lecteur la nécessité de développer de toute urgence les disciplines écologiques et, en particulier, une écologie capable de modéliser les conséquences du réchauffement climatique, ce qui permettrait de mieux tirer profit des eaux continentales, clef de voûte de la satisfaction des besoins alimentaires et de l"amélioration de la santé humaine sur la planète. "eaux_continentales" - 2006/9/15 - 14:24 - page xiv - #14? "eaux_continentales" - 2006/9/15 - 14:24 - page xv - #15?COMPOSITION DU GROUPE DE TRAVAIL
Animateur
Ghislain de MARSILY Membre de l"Académie des sciences, de l"Académie d"agriculture et de l"Académie des technologies - Professeur émérite à l"université Pierre-et-Marie-Curie et à l"École nationale supérieure des mines de ParisMembres du groupe
Christian AMATORE Membre de l"Académie des sciences -Professeur à l"École normale supérieure
et à l"université Pierre-et-Marie-Curie Jean-Claude ANDRÉ Correspondant de l"Académie des sciences - Directeur du Centre européen de recherche et de formation avancée en calcul scientifique (Cerfacs) Thierry CHAMBOLLE Conseiller du Président de Suez pour le développement durable -Membre de l"Académie des technologies
Henri DÉCAMPS Correspondant de l"Académie des sciences - Directeur de recherche émérite au Centre national de la recherche scientifique (CNRS) Pierre DUBREUIL Membre de l"Académie d"agriculture -Directeur de recherche honoraire de l"Institut
de recherches pour le développement (IRD) Philippe JAMET Professeur à l"École des mines de Paris,Attaché pour la Science et la Technologie
à l"ambassade de France à Washington
Jacques LABRE Relations institutionnelles et stratégie -Suez Environnement
"eaux_continentales" - 2006/9/15 - 14:24 - page xvi - #16? xviLES EAUX CONTINENTALES Georges PÉDRO Correspondant de l"Académie des sciences - Secrétaire perpétuel honoraire de l"Académie d"agriculture de France Pierre-Alain ROCHE Directeur des transports maritimes, routiers et fluviaux au ministère des Transports, de l"Équipement, du Tourisme et de la Mer Daniel ZIMMER Directeur exécutif du Conseil mondial de l"eauCoordonnateur
Jean DERCOURT Secrétaire perpétuel de l"Académie des sciences - Professeur émériteà l"université Pierre-et-Marie-Curie
Chargée de mission
Janine RIVELINE Maître de conférences à l"universitéPierre-et-Marie-Curie
Ont également participé à la rédaction du rapportChapitre 3
Olivier SCHLOSSER Médecin expert au Centre international de recherche sur l"eau et l"environnement (CIRSEE) - Suez Environnement Jean-François LORET Centre international de recherche sur l"eau et l"environnement (CIRSEE) -Suez Environnement
Isabelle BAUDIN Suez Environnement
Pascal BEAUDEAU Institut de veille sanitaire (InVS)Cassilde BRENIÈRE Lyonnaise des eaux - France
Auguste BRUCHET Suez Environnement
Nadine DUMOUTIER Suez Environnement
"eaux_continentales" - 2006/9/15 - 14:24 - page xvii - #17?COMPOSITION DU GROUPE DE TRAVAILxvii
Jean-Jacques
GRANDGUILLAUMESuez Envionnement
Valentina LAZAROVA Suez Environnement
Yves LÉVI Faculté de Pharmacie, université Paris-SudPhilippe PIRIOU Suez Environnement
Hugues VANDEN BOSSCHE Suez Environnement
Chapitre 4
Hervé DOUVILLE Centre national de recherches météorolo- giques (CNRM) - Météo-France Toulouse Katia LAVAL Laboratoire de météorologie dynamique du CNRS (UMR 8539), université Paris VI Daniel CARIOLLE Centre européen de recherche et de forma- tion avancée en calcul scientifique (Cerfacs),Toulouse
Serge PLANTON Centre national de recherches météorolo- giques (CNRM) - Météo-France ToulouseAuteurs des encadrés
Jean-Claude ANDRÉ Correspondant de l"Académie des sciences Jean-François BACH Membre de l"Académie des sciencesPascal BEAUDEAU Institut de veille sanitaire
Mustapha BESBES École nationale d"ingénieurs de TunisGilles BILLEN CNRS, université Paris VI
Olivier BOMMELAER Agence de l"eau Seine-Normandie
Mokhtar BZIOUI Conseil mondial de l"eau
Henri DÉCAMPS Correspondant de l"Académie des sciences Hervé DOUVILLE Centre national de recherches météorolo- giques (CNRM), Météo-France, Toulouse "eaux_continentales" - 2006/9/15 - 14:24 - page xviii - #18? xviiiLES EAUX CONTINENTALES Pierre DUBREUIL Académie d"agriculture de FranceJosette GARNIER CNRS, université Paris VI
Daniel GERDEAUX Inra, Thonon
Janine GIBERT Université Claude Bernard Lyon 1
Philippe KEITH Muséum national d"histoire naturelleJacques LABRE Suez Environnement
Yann LAURANS Agence de l"eau Seine-Normandie
Katia LAVAL Laboratoire de météorologie dynamique du CNRS (UMR 8539), université Paris VI Christian LÉVÊQUE IRD et Muséum national d"histoire naturelle Yves LÉVI Faculté de pharmacie, université Paris-Sud Grégoire MAILLET Cerege, université Aix-Marseille IIIGhislain de MARSILY Université Paris VI
Suzanne MÉRIAUX Académie d"agriculture de FranceGuy MEUBLAT Université Paris XIII
Jean-Marc MOISSELIN Météo-France - Toulouse
Nguyen Tien DUC Agence de l"eau Seine-Normandie
Joël NOILHAN Centre national de recherches météorolo- giques (CNRM), Météo-France, Toulouse Alain PERRIER INAPG et Académie d"agriculture de FranceXavier POUX Engref et Asca
Mireille PROVANSAL Université Aix-Marseille I - CeregePierre RIBSTEIN Université Paris VI
Pierre-Alain ROCHE Ministère des transports, de l"Équipement, du Tourisme et de la MerFrançois SABATIER UMR CNRS
Omar M. SALEM General Water Authority, Tripoli
Olivier SCHLOSSER Suez Environnement
Daniel TERRASSON Cemagref
"eaux_continentales" - 2006/9/15 - 14:24 - page xix - #19?COMPOSITION DU GROUPE DE TRAVAILxix
Bernard THÉBÉ IRD
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