Changement climatique et incertitude : de l’´echelle globale `a la r´egion m´editerra-n´eenne
Les syst`emes climatiques, hydriques, biophysiques, et socio´economiques sont interconnect´es de mani`ere complexe et sont sensibles `a toute modifica-tion de l’un des syst`emes ou sous l’effet de pressions comme le changement climatique. Le changement climatique d’origine anthropique pourrait ainsi amplifier les probl`emes li´es aux aspects quantitatifs et qualitatifs des res-sources en eau d´ej`a existants. Or ´etant donn´e que les ressources en eau sont indispensables pour toute forme de vie et qu’elles sont n´ecessaires en quanti-t´es importantes pour pratiquement toutes les activit´es humaines, l’´etude des liens entre le changement climatique et les ressources en eau constitue un enjeu important d’analyse [Bates et al., 2008].
Le changement climatique constitue un d´efi global qui, en fonction des ca-ract´eristiques hydroclimatiques et socio´economiques de chaque r´egion, pour-rait avoir des cons´equences diff´erentes. La descente d’´echelle du changement climatique au niveau d’un syst`eme local est toutefois incertaine (section 2.1.3). Ainsi, ce chapitre pr´esentera tout d’abord des el´ements sur le chan-gement climatique `a l’´echelle globale (section 2.1.1), puis `a l’´echelle de la r´egion m´editerran´eenne en ce qui concerne les param`etres hydroclimatiques (section 2.1.2). Ensuite, un panorama des impacts du changement clima-tique `a l’´echelle globale est pr´esent´ (section 2.2.1), puis au niveau de la r´egion m´editerran´eenne, caract´eris´ee par des ressources hydriques variables dans l’espace et le temps et des profils socio´economiques h´et´erog`enes (section 2.2.2). Enfin, des mesures d’adaptation notamment du cˆot´e offre sont pr´esen-t´ees (section 2.3), mesures qui peuvent ˆetre difficiles `a mettre en oeuvre en raison de l’incertitude climatique.
Changement climatique `a l’´echelle globale
Les r´esultats pr´esent´es dans le IV`eme rapport du GIEC [IPCC , 2007] pour la p´eriode 1900-2100 sont issus de deux types de mod`eles climatiques num´eriques : les mod`eles globaux et les mod`eles r´egionaux. Les mod`eles glo-baux couvrent l’ensemble du globe avec une faible r´esolution spatiale (150-250 km) et repr´esentent tous les facteurs qui influencent le climat. L’´eventail des sc´enarios produits par ces mod`eles donne une id´ee du spectre des incerti-tudes li´ees aux projections climatiques. Les mod`eles r´egionaux couvrent une partie seulement du globe et ont une plus haute r´esolution (50-20 km) sur la zone etudi´ee. La simulation des processus physiques (reliefs, trait de cˆote complexe, contraste terre-mer, ˆıles) leurs permet d’obtenir une repr´esentation fine du climat. Toutefois, seul un certain nombres de facteurs sont repr´esen-t´es, comme les ´evolutions de l’atmosph`ere et de la v´eg´tation, tandis que les caract´eristiques de l’oc´ean sont prises en compte dans des mod`eles globaux [Hallegatte et al., 2008].
Les changements du cycle hydrologique global lors des derni`eres d´ecen-nies ont et´ associ´es au r´echauffement observ´ : hausse du contenu atmo-sph´erique en vapeur d’eau, changement des pr´ecipitations, r´eduction de la couverture neigeuse et fonte des glaciers, changement de l’humidit´e des sols et du ruissellement. Les simulations des mod`eles climatiques sur le X X I E si`ecle s’accordent sur une hausse tr`es probable des pr´ecipitations aux hautes latitudes, sur une partie des tropiques, et une r´eduction dans certaines zones subtropicales et de moyenne latitude. Des r´eductions importantes pourraient se produire, allant jusqu’`a 20%, dans la r´egion m´editerran´eenne, les Cara¨ıbes et les cˆotes Ouest sub-tropicales de chaque continent. A partir du milieu du X X I E si`ecle, le ruiss`element moyen annuel des cours d’eau et la disponibilit´e en eau augmenteraient dans les hautes latitudes et dans certaines r´egions humides tropicales, et diminueraient dans les r´egions s`eches aux latitudes moyennes et dans les zones s`eches des tropiques [Bates et al., 2008]. Sur le bassin du Nil, selon l’´etude de Beyene et al. [2010], les ´ecoulements seraient de 111(114), 92(93), 84(87) % par rapport aux valeurs historiques de 1950-1999 pour les p´eriodes 2010-2039, 2040-2069, 2070-2099 respectivement, pour le sc´enario global d’´emissions A2 (B1) 1. Il est `a noter que les sc´enarios d’´emis-sions SRES B1, B2, A1B, A2 vont du plus optimiste au plus pessimiste en mati`ere d’´emissions de gaz `a effet de serre et in fine d’impacts du changement climatique.
Selon les r´egions, la hausse possible de l’intensit´ et de la variabilit´e des pr´ecipitations pourraient conduire `a l’augmentation des risques d’inondation et de s´echeresse. De plus, la r´eduction de l’eau stock´ee dans les glaciers et la couverture neigeuse pourrait s’accompagner d’une diminution de l’eau dispo-nible pendant les p´eriodes chaudes et s`eches, au changement de la distribution saisonni`ere du ruissellement, `a la hausse du ratio des flux hivernaux sur les flux annuels, et `a la r´eduction des flux minimums ´egalement. Des r´egions semi-arides et arides comme la M´editerran´ee, l’Ouest des Etats-Unis, l’Afrique du Sud et le Nord-Est du Br´esil, seraient d’avantage expos´ees aux impacts du changement climatique avec une r´eduction des ressources. Le changement de l’humidit´e des sols d´epend du volume et de la temporalit´e des pr´ecipita-tions mais aussi de l’´evaporation. Les projections de la moyenne annuelle de l’humidit´e des sols montrent une r´eduction dans les sub-tropiques et la M´e-diterran´ee et une augmentation pour des r´egions comme l’Afrique de l’Est, l’Asie centrale et d’autres zones caract´eris´ees par une hausse des pr´ecipita-tions. Selon certaines projections, la recharge des eaux souterraines d´ecroˆıt jusqu’`a 70% en 2050 dans le Nord-Est du Br´esil, le Sud-Ouest de l’Afrique et la rive sud de la mer M´editerran´ee. Toutefois l’augmentation de la variabilit´e journali`ere des pr´ecipitations n’ayant pas et´ prise en compte, cette r´eduction
sc´enarios SRES
– Famille A1 : elle fait l’hypoth`ese d’un monde caract´eris´e par une croissance ´econo-mique tr`es rapide, un pic de la population mondiale au milieu du si`ecle et l’adoption rapide de nouvelles technologies plus efficaces. Cette famille de sc´enarios se r´epartit en trois groupes qui correspondent `a diff´erentes orientations de l’´evolution technologique du point de vue des sources d’´energie : `a forte composante fossile (A1F1), non fossile (A1T) et ´equilibrant les sources (A1B). C’est la famille de sc´enarios les plus grands ´emetteurs en gaz `a effet de serre.
– Famille A2 : elle d´ecrit un monde tr`es h´et´erog`ene caract´eris´ par une forte croissance d´emographique, un faible d´eveloppement ´economique et de lents progr`es technolo-giques
– Famille B1 : elle d´ecrit un monde convergent pr´esentant les mˆemes caract´eristiques d´emographiques que A1, mais avec une ´evolution plus rapide des structures ´econo-miques vers une ´economie de services et d’information
– Famille B2 : elle d´ecrit un monde caract´eris´ par des niveaux interm´ediaires de crois-sances d´emographique et ´economique, privil´egiant l’action locale pour assurer une durabilit´e ´economique, sociale et environnementale. Elle fait r´ef´erence `a un monde sobre en consommation energ´etique et peu ´emetteur peut ˆetre consid´er´ee comme l´eg`erement surestim´ee [Bates et al., 2008].
Selon les projections du GIEC avec le sc´enario SRES A2 (sc´enario le plus pessimiste), en 2090, des p´eriodes de s´echeresses affectant des surfaces de 10 `a 30 fois sup´erieures seraient probables, tandis que la fr´equence et la dur´ee moyenne des s´echeresses seraient augment´ees respectivement d’un facteur 2 et 6. La r´eduction des pr´ecipitations estivales en Europe centrale et du Sud, en combinaison avec une hausse des temp´eratures auraient comme impact la r´eduction de l’humidit´e des sols en et´ et des s´echeresses plus fr´equentes et intenses. En 2070 une s´echeresse centennale, se r´ep´eterait tous les dix ans en Espagne, au Portugal, dans l’Ouest de la France, la Pologne et l’Ouest de la Turquie. Le risque de s´echeresse serait particuli`erement accru pour les r´egions qui d´ependent de la fonte des glaciers pour leur approvisionnement durant les p´eriodes s`eches comme c’est le cas en Bolivie, Equateur, P´erou, Chine, Pakistan et Inde [Bates et al., 2008].
Changement climatique au niveau de la r´egion m´editerran´eenne
Au niveau de la r´egion m´editerran´eenne, le r´echauffement devrait ˆetre plus rapide que pour les r´egions avoisinantes. Ainsi, en Europe, au cours du X X E si`ecle, la temp´erature a augment´ de 0.8◦C avec des diff´erences r´egionales importantes. La hausse est surtout sensible avant 1940 et apr`es 1970. Elle est particuli`erement sensible en Europe du Sud et au niveau du bassin m´editerran´een, avec pr`es de 2◦C au Sud-Ouest de l’Europe et tr`es nette au niveau de l’Afrique du Nord, mˆeme si elle est difficilement quantifiable en raison de manque de donn´ees d’observations. Pendant les ann´ees 1980 et 1990, le r´echauffement a et´ plus prononc´e au niveau du bassin mediterran´een, avec une hausse plus importante en hiver, surtout en ce qui concerne les temp´eratures minimales. Ainsi, l’amplitude du cycle diurne a diminu´e.
Au niveau des pr´ecipitations, depuis la moiti´e du X X E si`ecle, l’Europe est divis´ee en deux : les pluies ont augment´ au nord des Alpes, diminu´e au sud de l’Europe, avec une baisse de 20% dans certaines r´egions. Au niveau de l’Afrique du Nord, la tendance est plus contrast´ee.
Le tableau 2.1 r´esume les r´esultats des 21 mod`eles globaux du GIEC pour le sc´enario A1B [IPCC , 2007]. Les valeurs minimales et maximales sont indiqu´ees ainsi que la m´ediane, les premiers et derniers quantiles, et la fr´e-quence (%d’occurrence) des saisons extrˆemes. En prenant l’hypoth`ese d’un signal temporel lin´eaire entre 1980-1999 et 2080-2099, il est aussi indiqu´e dans combien d’ann´ees le signal du changement climatique sera d´etectable par rapport `a la variabilit´e naturelle du climat [IPCC , 2007]. La figure 2.2 repr´esente un zoom sur l’Europe et la M´editerran´ee du comportement moyen des mod`eles globaux du GIEC pour la comparaison des p´eriodes 1980-1999 et 2080-2099 en moyenne annuelle, en hiver et en et´. La hausse de la temp´era-ture annuelle moyenne serait ainsi plus marqu´ee sur le bassin m´editerran´een par rapport au reste du monde. L’augmentation serait plus importante en et´e, plus au niveau des temp´eratures maximales que sur les temp´eratures minimales et moyennes.
Dans le sc´enario A1B, le r´echauffement annuel moyen se situerait entre 2.2-5.1◦C avec 50% des mod`eles au-dessus de 3.5◦C. Le r´echauffement com-mencerait `a ˆetre marqu´e d’ici 15-25 ans, avec 100% des ´et´es extrˆemement chauds `a la fin du si`ecle et dans la majeure partie de la zone m´editerra-n´eenne, les pr´ecipitations moyennes sur l’ann´ee diminueraient (Figure 2.3). Le nombre de jours de pluies devrait ´egalement diminuer ainsi que les p´e-riodes d’enneigement. La diminution des pr´ecipitations serait plus importante en et´e, de l’ordre de 24% selon le sc´enario A1B. Tous les mod`eles s’accordent sur ce ph´enom`ene pour la p´eriode estivale. Les changements de pr´ecipitation seraient plus marqu´es `a partir de 2050-2060. La baisse des pr´ecipitations en combinaison avec la hausse de l’´evaporation au printemps et au d´ebut de l’´et´ aurait pour cons´equence une faible humidit´e des sols et donc un risque important de s´echeresse, ph´enom`ene accentu´ par un ass´echement pr´ecoce des sols dˆu `a la fonte des neiges avanc´ee et `a la diminution du contenu en eau des sols en printemps. L’effet refroidissant de l’´evaporation en et´ serait alors diminu´e. Les sols s’ass´echeraient sur la plus grande partie de la r´egion et les d´ebits de fleuves devraient diminuer en moyenne sur l’ann´ee malgr´e une probable redistribution saisonni`ere avec plus d’eau en hiver. Selon le sc´enario A1B, les changements hydrologiques les plus significatifs seraient attendus `a partir de 2080-2099.
En ce qui concerne les temp´eratures extrˆemes, la r´egion devrait faire face `a des vagues de chaleur plus longues, intenses et fr´equentes et des vagues de froid moins fortes et moins longues. La variabilit´e temporelle des tem-p´eratures en hiver se r´eduirait, tandis que la variabilit´e inter-annuelle des temp´eratures en et´ serait en hausse bien que l’incertitude sur cette ´evolu-tion soit plus importante. La variabilit´e quotidienne des temp´eratures en et´ serait ´egalement en hausse. De fa¸con g´en´erale, les nuits seraient plus chaudes, il y aurait moins de jours de gel, et l’amplitude du cycle diurne diminuerait.
Au niveau des extrˆemes li´es aux pr´ecipitations, le nombre de jours de pluie devrait diminuer, tandis qu’une incertitude plus grande existe en mati`ere de pr´ecipitations intenses. La variabilit´e inter-annuelle a` l’´echelle mensuelle et annuelle serait en hausse, et l’intensit´ des extrˆemes mensuels et annuels serait en diminution. De plus, les p´eriodes s`eches seraient plus nombreuses et longues et les s´echeresses continentales (bilan pr´ecipitation- ´evaporation) se-raient accentu´ees en et´e. Enfin, la route des d´epressions serait d´eplac´ee vers le nord et le nombre de d´epressions dites m´editerran´eennes serait r´eduit tandis que le nombre de d´epressions intenses serait en hausse. Les pr´ecipitations li´ees aux d´epressions seraient en baisse, et, avec plus d’incertitude, on observerait une diminution des vents forts [Hallegatte et al., 2008].
Incertitudes li´ees au changement climatique
L’´evaluation des ressources en eau dans le futur sous changement clima-tique est difficile car plusieurs sources d’incertitude persistent. Or l’identifi-cation de toutes les sources d’incertitude est n´ecessaire en mati`ere de plani-fication des ressources sous contrainte de changement climatique. Elle per-mettrait de disposer d’une vision globale des impacts que le changement climatique peut provoquer sur les ressources en eau ainsi que sur les secteurs en d´ependant (section 2.2), et d’envisager des mesures d’adaptation robustes aux diverses incertitudes sans conduire `a des coˆuts ing´erables (section 2.3).
Ainsi, la planification des ressources en eau ne n´ecessite pas seulement de l’information sur l’´evaluation du climat futur et des implications possibles pour les ´ecoulements, mais ´egalement sur l’incertitude des r´esultats. Ces in-formations sont n´ecessaires afin de pouvoir ´evaluer la fiabilit´e de l’offre en eau et de d´eterminer `a quel point les changements sont intervenus par rap-port aux conditions pr´esentes, en particulier la variabilit´e climatique, et aux facteurs externes, comme les changements de la demande. A partir de l`a, les planificateurs doivent faire face `a deux d´efis : (i) comprendre comment le changement climatique peut influencer les syst`emes hydriques-hydrauliques et plus sp´ecialement l’offre et la demande en eau ; (ii) disposer de m´ethodes n´ecessaires pour l’identification et la quantification des incertitudes pour la p´eriode future, dans le cadre de la gestion du risque [Prudhomme et Davies, 2009a].
D’apr`es Arnell [1998], trois cat´egories d’incertitudes li´ees au changement climatique existent. La premi`ere source d’incertitude est li´ee aux sc´enarios de changement climatique : l’incertitude sur les ´emissions de gaz `a effet de serre futures, sur le “destin” des gaz dans l’atmosph`ere, sur l’effet du r´echauffement global sur le climat, et sur l’effet des changements globaux sur le r´egime de temps et le climat local (grande r´egion, bassin versant). L’´evaluation de cette source d’incertitude a suscit´e un grand int´erˆet, comme l’ont montr´ees les di-verses ´etudes sur le climat et les ressources en eau. La seconde source d’incer-titude provient de la descente d’´echelle du changement climatique au niveau d’un syst`eme local, comme un bassin versant ou un ´ecosyst`eme aquatique. Les mod`eles hydrologiques existant peuvent assez bien reproduire les conditions hydrologiques moyennes, mais plus difficilement les ´ev`enements extrˆemes et les autres composantes de l’environnement aquatique. La derni`ere cat´egorie d’incertitude est li´ee au comportement des cat´egories de population concer-n´ees (planificateurs, usagers,…), qui peuvent prendre des d´ecisions li´ees `a des facteurs climatiques (ou autres) de fa¸con difficilement pr´edictive.
D’apr`es Bates et al. [2008], les incertitudes sur les impacts du changement climatique sur les ressources hydriques rel`event davantage des incertitudes sur les pr´ecipitations que celles concernant les ´emissions de gaz `a effet de serre, la sensibilit´ climatique ou encore les mod`eles hydrologiques. D’autres ´etudes men´ees sur les crues au Royaume-Uni montrent que la premi`ere source d’in-certitude provient des mod`eles GCM, puis des sc´enarios d’´emissions et enfin des mod`eles hydrologiques [Bates et al., 2008]. Les impacts sont ´egalement fortement influenc´es par les mesures d’adaptation mises en place. Afin d’´eva-luer le niveau d’incertitude relatif aux impacts du changement climatique sur les ressources en eau, il est ainsi pr´ef´erable en g´en´eral d’appliquer une approche multi-mod`eles. Cette approche est pr´ef´erable `a l’utilisation des sor-ties d’un unique mod`ele climatique, mˆeme si son application dans les ´etudes d’impacts est rare [Bates et al., 2008].
Les changements des variabilit´es inter-annuelle et journali`ere des variables climatiques ne sont pas pris en compte dans les ´etudes d’impacts hydrolo-giques ce qui peut conduire `a une sous-estimation des s´echeresses et des crues, de l’eau disponible ainsi que des besoins en irrigation. De plus, Bates et al. [2008] mentionne que de l’incertitude peut ´egalement ˆetre induite en raison du choix de valeurs d’indicateurs et de seuils pour la quantification des impacts du changement climatique sur les ressources en eau.
Afin de pouvoir r´esoudre le probl`eme de la diff´erence d’´echelle spatiale au niveau de la grille des mod`eles climatiques et hydrologiques, des techniques sont d´evelopp´ees pour la descente d’´echelle des sorties de mod`eles climatiques `a des r´esolutions spatiales et temporelles plus fines (interpolation, descente d’´echelle statistique ou dynamique). La m´ethode de descente d’´echelle statis-tique fait notamment l’hypoth`ese que certaines des relations statistiques pour le climat pr´esent restent les mˆemes pour des conditions futures modifi´ees. Ces techniques permettent aux mod´elisateurs d’inclure la variabilit´e journali`ere dans les changements futurs et de produire de l’information n´ecessaire pour la planification des ressources en eau sur les ruissellements futurs en appliquant une analyse probabiliste [Bates et al., 2008].
Télécharger le document complet
