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 I^nde, 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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