Ressources en eau et changement climatique

Modification des échanges

Com­ment le change­ment cli­ma­tique peut-il affecter le cycle de l’eau ? Tout d’abord, en faisant vari­er les échanges d’eau, en quan­tité. Dans les sim­u­la­tions du cli­mat par les mod­èles de cir­cu­la­tion générale océanique et atmo­sphérique, la quan­tité d’eau éva­porée et pré­cip­itée aug­mente lors du réchauf­fe­ment climatique.

On dit que le cycle hydrologique est accéléré, et cet effet est main­tenant bien com­pris théorique­ment, même si la rai­son prin­ci­pale est loin d’être intuitive.

“ Les pluies varient de façon très contrastée, selon les régions, et ces modifications peuvent poser problème ”

De façon sché­ma­tique, l’équilibre ther­mique de l’atmosphère résulte d’un chauffage par con­den­sa­tion de la vapeur d’eau (for­ma­tion des pré­cip­i­ta­tions) et d’un refroidisse­ment par émis­sion de ray­on­nement infrarouge vers l’espace.

L’accroissement des gaz à effet de serre (H₂O, CO₂, etc.) dimin­ue le refroidisse­ment radi­atif de la sur­face mais aug­mente celui de l’atmosphère. Ce dernier est alors com­pen­sé par une aug­men­ta­tion du chauffage par con­den­sa­tion de la vapeur d’eau, et donc des pré­cip­i­ta­tions. Cet accroisse­ment des pré­cip­i­ta­tions, en valeur glob­ale, est d’environ 2 % par degré de réchauf­fe­ment global.

Une nouvelle répartition des pluies

Sur cer­taines zones, comme les lat­i­tudes équa­to­ri­ales, qui reçoivent déjà les plus fortes pluies sur la planète, la plu­viométrie aug­mente (fig­ure 1). Mais, simul­tané­ment, la pré­cip­i­ta­tion dans cer­taines zones dimin­ue, notam­ment dans les zones sèch­es subtropicales.

C’est donc la mod­i­fi­ca­tion de la répar­ti­tion des pluies qui peut pos­er prob­lème, car la vari­a­tion de pré­cip­i­ta­tions régionales peut attein­dre aisé­ment 10 % par degré de réchauf­fe­ment global.

Sur un ter­ri­toire de dizaines de mil­liers de kilo­mètres car­rés, une vari­a­tion de 10 % des pré­cip­i­ta­tions peut être cat­a­strophique, que ce soit dans un pays trop­i­cal ou tempéré.

En Inde, les sit­u­a­tions extrêmes de faible mous­son cor­re­spon­dent à des déficits de pluie de 20 %, et en France, l’année 2011 est une des plus sèch­es que notre pays ait con­nues depuis cinquante ans, avec un déficit glob­al de 17 %.

Si la diminu­tion des pré­cip­i­ta­tions en moyenne est déjà de 10 %, on frôlera bien plus sou­vent ces sit­u­a­tions dif­fi­ciles à gérer.

Incertitudes locales

Ces vari­a­tions de répar­ti­tion géo­graphique sont plus ou moins incer­taines suiv­ant les régions et les mécan­ismes qui les provoquent.

On con­sid­ère comme forte­ment prob­a­ble l’accroissement des pré­cip­i­ta­tions de hautes lat­i­tudes, ce qui est ren­for­cé par le fait que les cyclones et tem­pêtes de moyennes lat­i­tudes seront déplacés vers le Nord. Ain­si, les mod­èles de cli­mat simu­lent une Scan­di­navie plus arrosée, lors du change­ment climatique.

En revanche, pré­cis­er quel pays de la zone équa­to­ri­ale recevra plus de pluie est dif­fi­cile car les mod­èles don­nent des résul­tats diver­gents. Serait-ce plutôt le Brésil ? Le Bénin ? C’est pourquoi, quand il s’agit de pren­dre des mesures pour s’adapter aux change­ments futurs des ressources en eau, il est impor­tant de bien con­naître ces incer­ti­tudes pour éviter les dan­gers de la maladaptation.

Risques d’augmentation des sécheresses

En plus des change­ments de pré­cip­i­ta­tions, le change­ment d’évapotranspiration sur les régions sèch­es joue un rôle majeur sur les con­séquences du change­ment cli­ma­tique. Si, par ce proces­sus, ces zones per­dent plus d’eau au point de ren­dre les sols encore plus secs qu’ils n’étaient avant le change­ment cli­ma­tique, les con­séquences sur l’agriculture pour­raient être majeures et néces­siter d’importants amé­nage­ments ou change­ments de pra­tiques pour être atténuées.

“ On considère comme fortement probable l’accroissement des précipitations aux hautes latitudes ”

Or, les sim­u­la­tions effec­tuées par les mod­èles mon­trent que l’assèchement des sols pour­rait aug­menter sur de vastes régions.

Il faut cepen­dant not­er que plus une végé­ta­tion ou un sol est sec, plus une zone est aride, plus le cal­cul de l’évapotranspiration dans les mod­èles est impré­cis. Ain­si, les mod­èles ont le défaut sys­té­ma­tique de simuler des tem­péra­tures trop chaudes en été sur les con­ti­nents (fig­ure 2). La cause provient notam­ment de l’évaluation de cette évapo­tran­spi­ra­tion dans le cas de faibles réserves d’eau, ce que l’on appelle le stress hydrique.

C’est pourquoi il fau­dra con­firmer les résul­tats sur l’évolution des sécher­ess­es sous l’effet du change­ment cli­ma­tique lorsque les travaux en cours pour réduire ce biais sys­té­ma­tique des mod­èles auront abouti.

“ Il est important de déterminer si le débit des rivières a varié à la suite de l’évolution du climat ”

D’autre part, l’étude des obser­va­tions n’a pas per­mis de not­er une aug­men­ta­tion des sécher­ess­es, au niveau glob­al, sur les cinquante dernières années.

La prévi­sion des sécher­ess­es reste un objec­tif majeur. Pou­voir prévoir qu’une région (telle que le Sud-Ouest ou la Nor­mandie) subi­ra plus fréquem­ment des déficits de pluie, ou que ceux-ci seront plus intens­es, per­me­t­trait de mod­i­fi­er les cul­tures de ces régions pour favoris­er, par exem­ple, des céréales moins gour­man­des en eau.

L’Office nation­al des forêts, aus­si, devra tenir compte de ces change­ments cli­ma­tiques pour définir sa ges­tion des forêts : l’ONF favoris­era des essences d’arbres ayant des racines s’enfonçant plus pro­fondé­ment dans le sol pour être plus résis­tants aux sécher­ess­es en surface.

Ces choix per­me­t­tent suiv­ant les cas, sur quelques années ou quelques décen­nies, d’adapter l’économie pour réduire la vul­néra­bil­ité au change­ment climatique.

Des effets sur les fleuves difficiles à anticiper Un autre point important est de déterminer si le débit des rivières a varié à la suite de l’évolution du climat.

FIGURE 2

Dif­férence entre le cycle saison­nier moyen de la tem­péra­ture simulé par les mod­èles de cli­mat du pro­jet CMIP5 (40 mod­èles) et celui estimé d’après les obser­va­tions. On remar​que une sures­ti­ma­tion par les mod­èles du cycle saison­nier au-dessus des con­ti­nents dans les moyennes latitudes. Ce défaut est dû à une sures­ti­ma­tion de la tem­péra­ture en été qui provient notam­ment de prob­lèmes dans la mod­éli­sa­tion du cycle hydrologique sur les continents. Dans d’autres régions, ce sont les défauts de la tem­péra­ture de sur­face qui impactent le cycle hydrologique. Par exem­ple, le cycle saison­nier trop faible (et une tem­péra­ture moyenne trop chaude) sur l’océan Atlan­tique, à l’ouest de l’Afrique, induit un manque de prop­a­ga­tion vers le nord de la mous­son africaine (extrait de la fig­ure 9.3 du 5e rap­port du GIEC, 2013).

Un grand nom­bre d’études ont exploré cette prob­lé­ma­tique depuis une ving­taine d’années. Elles se fondent en général sur les obser­va­tions de débits. En effet, les mod­èles de cir­cu­la­tion générale, qui simu­lent le cli­mat, n’avaient pas la réso­lu­tion néces­saire pour représen­ter de manière réal­iste les débits des fleuves.

Depuis quelques années, des développe­ments et des cou­plages entre les mod­éli­sa­tions hydrologique et cli­ma­tique per­me­t­tent d’obtenir une sim­u­la­tion des débits de fleuves en représen­tant, de manière sim­pli­fiée, les trans­ferts d’eau dans les sols de sur­face et dans les réser­voirs profonds.

En fait, les enreg­istrements de débits dont nous dis­posons sont rarement con­ti­nus et, très sou­vent, des mesures man­quent sur cer­taines péri­odes : il faut combler ces « trous de mesure » en util­isant des sim­u­la­tions de ces débits, si tant est qu’on pos­sède des obser­va­tions de pré­cip­i­ta­tions sur ces péri­odes pour pou­voir utilis­er un modèle.

Les pre­miers résul­tats obtenus, vers la fin des années 1990, sur cer­tains fleuves ont con­clu à une aug­men­ta­tion des débits, vers la mer Bal­tique par exem­ple. Mais, au fur et à mesure que les études se sont mul­ti­pliées, les résul­tats ont été plus mitigés.

Le fait d’avoir des enreg­istrements plus longs, d’avoir des mod­éli­sa­tions plus per­for­mantes et plus réal­istes, a per­mis de met­tre en évi­dence les défauts et les faib­less­es des études précédentes.

Or, l’eau des riv­ières joue un rôle impor­tant dans la pro­duc­tion d’énergie ou l’irrigation. Un risque de débit plus faible et d’étiages plus fréquents devra être pris en compte pour définir la ges­tion de l’eau des agences de bassin.

Évolution de la cryosphère

La mod­i­fi­ca­tion de la sur­face enneigée et de la quan­tité de neige en réponse à un réchauf­fe­ment est prin­ci­pale­ment régie par trois phénomènes : rac­cour­cisse­ment de la sai­son enneigée ; aug­men­ta­tion des pré­cip­i­ta­tions aux moyennes et hautes lat­i­tudes, régions où se situent l’essentiel des zones enneigées ; aug­men­ta­tion de la frac­tion des pluies par rap­port à celle des neiges.

Le deux­ième phénomène peut con­duire à une aug­men­ta­tion de la quan­tité de neige alors que les deux autres con­duisent à une diminu­tion. Les résul­tats de mod­èles nous indiquent que cet effet d’augmentation des pré­cip­i­ta­tions ne domine les deux autres que dans les régions très froides, où les tem­péra­tures sont si bass­es qu’elles con­tin­u­ent à rester le plus sou­vent en dessous du point de con­géla­tion mal­gré le réchauf­fe­ment, et où l’accroissement des pré­cip­i­ta­tions aug­mente la quan­tité de neige.

Mais, dans la plu­part des régions, ce sont les deux autres mécan­ismes qui domi­nent et qui con­duisent à une diminu­tion de la cou­ver­ture moyenne de neige sur l’année.

Les obser­va­tions disponibles depuis plus de quar­ante ans ont per­mis de détecter dans l’hémisphère nord cette ten­dance à la diminu­tion de l’extension de la neige, surtout au printemps.

Des glaciers qui régressent

Pour les glac­i­ers, les phénomènes qui régis­sent leur fonte ou leur accu­mu­la­tion sont les mêmes que pour la neige, mais avec en plus un effet d’inertie impor­tant dû à la masse du glac­i­er ain­si que des phénomènes d’écoulement, de rhéolo­gie, qui sont décisifs dans les régions mon­tag­neuses. De façon générale, on con­state depuis une quar­an­taine d’années une diminu­tion générale de l’extension des glac­i­ers sur toute la sur­face du globe.

“ Dans la plupart des régions, la couverture neigeuse diminue ”

Cette diminu­tion varie d’un glac­i­er à l’autre, pour un même glac­i­er d’une décen­nie à l’autre, mais la ten­dance générale est robuste. Pour les décen­nies à venir, on prévoit que cette réduc­tion générale se poursuive.

La quan­tifi­ca­tion pré­cise, par glac­i­er, est ren­due dif­fi­cile par l’incertitude sur les car­ac­téris­tiques régionales du change­ment cli­ma­tique et sur les mod­èles de glac­i­er. Les glac­i­ers étant d’importants réser­voirs d’eau douce, leur diminu­tion peut forte­ment influ­encer le cycle saison­nier du débit des rivières.

Le poids des calottes glacières

Le bilan de masse de l’Antarctique est encore mal con­nu.  © ISTOCK

Les calottes de glace du Groen­land et de l’Antarctique con­stituent d’énormes réser­voirs d’eau dont la fonte totale entraîn­erait une aug­men­ta­tion du niveau des mers d’environ 7 mètres pour le Groen­land et 60 mètres pour l’Antarctique.

Du point de vue des obser­va­tions, la sur­face du Groen­land qui fond en été a aug­men­té ces der­rières années et on estime que, depuis vingt ans, la fonte du Groen­land a con­tribué pour env­i­ron 8 mm à l’augmentation du niveau des mers. Cette fonte devrait se pour­suiv­re et on n’exclut pas que la calotte du Groen­land puisse dis­paraître en qua­si- total­ité en réponse à un réchauf­fe­ment de quelques degrés pen­dant quelques mil­liers d’années.

Notons que si Erik le Rouge a choisi le nom de « terre verte » lors de son exil au Moyen Âge, c’était prob­a­ble­ment davan­tage pour attir­er de nou­veaux colons que pour décrire le paysage car l’extension de la calotte de glace était à cette époque peu dif­férente de celle d’aujourd’hui.

Du côté de l’Antarctique, le bilan de masse de la calotte est net­te­ment moins bien con­nu que celui du Groen­land. Cepen­dant, les esti­ma­tions les plus récentes sug­gèrent que la calotte se réduit légèrement.

Étude régionale : l’Aquitaine

Peut-on dis­cuter de pos­si­bles réper­cus­sions du change­ment cli­ma­tique sur un pays, voire sur une région de France ? C’est le défi qu’ont relevé des sci­en­tifiques, qui, sous l’impulsion de son Con­seil région­al, ont pub­lié une syn­thèse sur les mod­i­fi­ca­tions du cli­mat en Aquitaine.

Une analyse des obser­va­tions a per­mis d’étudier l’évolution des débits annuels, de 1968 à 2008, des fleuves en France. Les résul­tats mon­trent une ten­dance à l’accroissement des débits plutôt au nord du pays et à leur diminu­tion plutôt au sud. Mais ces ten­dances sem­blent peu sig­ni­fica­tives sauf en quelques rares régions, dont fait par­tie l’Aquitaine.

Le débit de la Garonne a dimin­ué de 1959 à 2009. © KATIA LAVAL

Ces vari­a­tions étaient-elles la sig­na­ture d’un change­ment cli­ma­tique observé déjà en France ?

Étant don­né la faible exten­sion de ce domaine, il con­ve­nait tout d’abord de s’appuyer sur les obser­va­tions exis­tantes de la région, plutôt que sur des mod­éli­sa­tions de grande échelle. Les chercheurs ont étudié l’évolution des débits de la Garonne et la Dordogne.

Le débit moyen de la Garonne, bien que soumis à une forte vari­abil­ité inter­an­nuelle, a dimin­ué entre 1959 et 2009. Cette évo­lu­tion est bien cohérente avec la diminu­tion de la plu­viométrie en Aquitaine. Est-ce là le signe d’un change­ment cli­ma­tique, dont on doit anticiper les con­séquences ou un effet de la vari­abil­ité mul­ti- décennale ?

Un autre résul­tat, plus préoc­cu­pant, con­cerne le niveau d’étiage en baisse avec une fréquence qui aug­mente depuis la fin des années 1980. Là encore, il est essen­tiel pour les agences de bassin de savoir si cette sit­u­a­tion va empirer.

Notons toute­fois que les crues de la Garonne ne révè­lent pas de vari­a­tion sig­ni­fica­tive, ni à la hausse, ni à la baisse, ce qui con­duit à une cer­taine pru­dence sur l’interprétation de tous ces résultats.

Les résul­tats sur la Dor­dogne ne mon­trent pas d’effet sim­i­laire, mais il faut not­er que la sit­u­a­tion de ce cours d’eau est très dépen­dante de la stratégie de la pro­duc­tion élec­trique d’EDF.

Mieux comprendre les interactions

“ La variabilité naturelle des précipitations rend difficile l’interprétation des données ”

Le change­ment cli­ma­tique provo­quera un change­ment du cycle de l’eau. Les vari­a­tions des pré­cip­i­ta­tions seront géo­graphique­ment con­trastées. La dif­fi­culté de détecter les vari­a­tions passées est due à l’importance de la vari­abil­ité naturelle des pré­cip­i­ta­tions aux échelles décennales.

On s’attend à un change­ment impor­tant de la cryosphère, avec de façon glob­ale une réduc­tion des régions enneigées et des glaciers.

Il reste toute­fois des ques­tions ouvertes sur la com­préhen­sion de ces effets quand ils impliquent l’interaction du cycle hydrologique avec la cir­cu­la­tion, et ce, par­ti­c­ulière­ment sur les con­ti­nents où les proces­sus de sur­face appor­tent une com­plex­ité supplémentaire.

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