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Evolution de l'état des ressources en eau - Coggle Diagram

- - - - l’étude nationale Explore2070 sur l’impact du changement climatique en France ? Sur la base des résultats obtenus aux 1522 points de simulation, sous hypothèses A1B (scénario intermédiaire en termes d’émission de gaz à effet de serre) et à l’horizon 2046-2065, l’étude conclut à (Sauquet et al, 2022)
        
        Une modification des régimes des rivières de montagne avec une réduction de l’épaisseur du manteau
        neigeux, une fonte plus précoce et une composante nivale à la baisse,
        
        L’absence de signal partagé pour les crues.
        
        Une intensification des contrastes saisonniers avec des étiages estivaux plus sévères, affirmée par
        quasiment tous les modèles,
        
        Une diminution significative quasi-généralisée de la ressource en eau,
        
        Evolution des têtes de bassin
        
        La variable modélisée était la proportion d’assec, pour un jour calendaire donné, à l’échelle d’une HER sur
        des cours d’eau d’ordre de Strahler inférieur à cinq. Deux fenêtres temporelles ont été simulées : 2021-2050
        et 2071-2100. L’étude concluait à une augmentation du risque d’intermittence, en particulier dans les
        régions où les assecs sont historiquement bien présents, et à des changements de saisonnalité dans les
        régions alpines (Figure 8). Ces résultats masquent cependant des hétérogénéités spatiales à l’intérieur des
        HER. En outre, les incertitudes sur le climat et l’hydrologie du XXIe siècle n'ont été prises en compte que de
        façon partielle dans ces premières projections d’évolution de l’intermittence. Néanmoins cette étude donne
        une information sur la sévérité des étiages sur les têtes de bassin, qui sont rarement examinées faute
        d’observations pour les renseigner.
      - Dayon 2015
        
        Les projections régionalisées suggèrent une augmentation des précipitations, sur le nord de la France, et à l’inverse une diminution sur la partie sud. En revanche, la température augmenterait sur l’ensemble du territoire. La réponse hydrologique est organisée selon un gradient nord-sud, conformément au changement de précipitations et de température. Ces impacts étant d’autant plus intenses que les émissions de gaz à
        effet de serre sont importantes.
        
        la moyenne d’ensemble des changements de module suggère une diminution d’environ -20% sur la Garonne, de -15% sur la Loire et le Rhône sous RCP8.5 en fin de siècle (cf. Figure 6 de Dayon et al. (2018))
        
        La Seine se démarque des autres grands fleuves avec une incertitude sur le signe du
        changement (en moyenne le module diminuerait de l’ordre de -5% mais la dispersion des résultats est grande du fait de compensations entre augmentation des pluies d’hiver, diminution des pluies d’été et
        augmentation de l’évapotranspiration).
        
        Le nord de la France verrait ses débits hivernaux augmenter en conséquence de la hausse des pluies. Une hausse des débits est envisagée sur les secteurs alpins et pyrénéens, du fait de changements de type de précipitations (augmentation de la fraction de précipitations liquides au détriment de la fraction neigeuse)
        
        Les changements sur le module et sur le débit d’étiage (Figure 7) sont plus marqués dans le sud du pays pour atteindre par exemple une diminution moyenne de -50% sur le QMNA5 pour la Garonne sous scénario RCP8.5. Des simulations sont disponibles avec le RCP2.6 et indiquent des changements beaucoup plus prononcés avec le scénario RCP8.5 (sans mise en place de mesures d’atténuation) qu’avec le scénario RCP2.6 (avec mise en place de mesures d’atténuation). L’effet d’une politique de limitation des émissions de gaz à
        effet de serre est manifeste.
    - - Explore 70
        
        utilisant le scénario SRES A1B, a montré qu’une diminution
        d’environ 15 à 20% des débits annuels pour la Meuse à Chooz (son exutoire à la frontière avec la Belgique)
        était à attendre à horizon 2050
        
        Des diminutions d’environ -10% des débits annuels pour la Moselle et la
        Sarre,
        
        environ -20% pour le reste des affluents du Rhin sont envisagées.
        
        Il est attendu que les bas débits
        diminuent fortement mais les intensités sont différentes pour les deux modèles hydrologiques : environ -
        20% pour Isba-Modcou et jusqu’à -60% pour GR4J.
        
        le signe de l’évolution des crues est très incertain,
        ce qui peut être directement lié au possible changement des précipitations en hiver, dont le signe est lui
        aussi incertain. Les crues pourraient légèrement augmenter pour la Meuse, la Moselle et la Sarre, et
        légèrement diminuer pour les autres affluents du Rhin, mais la dispersion des résultats est grande.
      - Dayon 2015
        
        suggèrent pour la zone d’étude une augmentation
        des précipitations en hiver et une diminution en été, cette dernière étant plus marquée avec les scénarios RCP les plus pessimistes (RCP 6.0 et 8.5).
        
        débits moyens en futur proche par une
        stagnation en hiver et une diminution en été, de manière plus notable avec les scénarios RCP les plus
        pessimistes.
        
        e futur lointain (Figure 7), une légère augmentation des débits hivernaux pourrait être
        observée, avec une diminution encore plus forte des débits estivaux. Les débits d’étiage QMNA5 seraient
        alors en diminution forte et les débits de crue décennaux QJXA10 en légère augmentation en futur lointain.
      - La Meuse
        
        La Meuse, de sa source à Pouilly-en-Bassigny (Haute-Marne) jusqu’à la frontière franco-belge localisée à Givet (Ardennes), a une superficie de 10 120 km² dont environ 2300 km² situées en Belgique et 140 km² au Luxembourg. Ce bassin représente 29% de la totalité du bassin de la Meuse à son exutoire dans la Mer du Nord et contribue pour plus d’un tiers (36%) au débit de la partie hollandaise de la Meuse pendant les étiages et près de la moitié (47%) pendant les crues. (Explore 2 Sauquet et al 2021)
        
        Amice (drogue et al 2010) : a examiné
        le devenir du bassin jusqu’à la Mer du Nord sur la base de scénarios sec et humide
        
        é à la
        station de Chooz (exutoire de la Meuse française) une diminution des débits d’étiage d’environ -10 à -25% selon le scénario envisagé en futur proche (milieu du XXIe siècle) et de -35 à -50% en futur lointain (fin du
        XXIe siècle).
        
        L’évolution des débits de crues est, quant à elle, très incertaine, le scénario humide donnant une
        augmentation de +10 et +25% en futurs proche et lointain, et le scénario sec une diminution de -5 et -10%
        respectivement. Le projet n’a pas pu conclure sur les précipitations extrêmes et les crues rapides qui en
        résultent.
        
        Chimere21 (Thirel et al 2021) : utilisé des projections
        climatiques produites par Météo-France et débiaisées avec la méthode ADAMONT (Verfaillie et al., 2017)
        
        L’analyse des projections climatiques indique sans
        surprise un futur plus chaud, et ce d’autant plus qu’on se situe dans un futur lointain et dans un futur
        comportant plus d’émissions de gaz à effet de serre (RCP 8.5).
        
        es précipitations, le signal
        est moins homogène. On se dirige vers un futur plus humide à l’échelle annuelle.
        
        La déclinaison à l’échelle
        saisonnière est différente : on peut constater une tendance à des hivers plus humides mais la tendance sur
        les étés est plus incertaine, certaines projections indiquant des étés plus secs et d’autres indiquant des étés
        plus humides.
        
        . L’analyse des débits futurs indique une probable augmentation des débits lors de la période
        hivernale, une légère augmentation des débits moyens (mais avec une forte incertitude) ainsi qu’une
        évolution peu marquée des débits d’étiage en été, même si certaines projections indiquent une baisse
        possible des débits durant cette période.
        
        des différences spatiales sur le bassin de la
        Meuse, l’augmentation des débits de crue étant notable notamment en aval du bassin et la diminution des
        débits d’étiage étant plus marquée notamment en amont.
        
        Un exercice de décomposition de la variance a permis de hiérarchiser les sources d’incertitude. Ainsi pour
        les hautes eaux (Figure 9), au début du siècle, l’incertitude est portée par la variabilité interne (« Int. Var. »
        de la Figure 9). Les modèles climatiques globaux et régionaux (« GCMs » et « RCMs » de la Figure 9)
        expliquent la plus grande partie de l’incertitude totale. Cependant, les scénarios d’émission de gaz à effet de
        serre (« RCPs » de la Figure 9) présentent une part de l’incertitude modérée pour les crues pour la fin du XXIe
        siècle en raison de l’évolution différente des précipitations hivernales selon le RCP considéré. Enfin, la
        variance résiduelle (« Res. Var. » de la Figure 9) porte aussi une part non négligeable de l’incertitude totale
        à partir de l’horizon 2050 pour les débits de crue.
        
        Le projet CHIMERE21 a permis une comparaison au premier ordre des projections climatiques utilisées par
        rapport à celles d’Explore2070 et de DRIAS-2020 (sous-sélection de cinq projections) et des projections
        hydrologiques utilisées par rapport à celles d’Explore 2070. Comparé à Explore2070, les projections utilisées
        dans CHIMERE21, tout comme celles de DRIAS-2020, indiquent un futur plus chaud, mais aussi plus humide.
        La principale différence entre CHIMERE 21 et DRIAS-2020 concerne une augmentation des précipitations
        moindre dans le jeu de données DRIAS-2020. En termes de débits, Explore2070 avait montré sur la Meuse
        une forte pression sur les débits d’étiage et sur les débits moyens, qui étaient en baisse, ainsi qu’une
        évolution incertaine des débits de crue. Dans CHIMERE21, l’évolution des débits d’étiage est moins
        pessimiste, mais pourrait être expliquée par une représentativité imparfaite des projections utilisées dans
        CHIMERE21.
        
        Dans l’ensemble, les études concernant la Meuse française ont en commun une hausse de la température
        de l’air mais avec des intensités différentes. Ainsi, la Meuse, bien que se situant dans une zone plutôt arrosée
        de la France, ne semble pas devoir être épargné par les conséquences du changement global. (Explore 2 Sauquet et al)
        
        Les résultats
        convergent moins clairement concernant les étiages et les crues. Les étiages pourraient diminuer ou être
        stables et les crues pourraient augmenter ou être stables
        
        Il est important de souligner que le projet
        CHIMERE21 dispose des projections climatiques les plus récentes (qui seront mises à jour dans Explore2) et des modèles hydrologiques les plus récents (dont la plupart seront utilisés dans Explore2).
        
        les
        conclusions fortes de CHIMERE21 étaient une augmentation des débits de crue plus forte en aval du
        bassin (zone déjà considérée comme Territoire à Risque d’Inondations) et la diminution des débits d’étiage
        plus marquée notamment en amont.
      - La Moselle, la Sarre et les affluents du Rhin
        
        Le bassin versant du Rhin s’étend sur un peu moins de 200 000 km². Ce bassin a un rôle primordial à l’échelle
        européenne en termes de ressources en eau et de navigation, car il traverse de nombreux pays. La Moselle,
        la Sarre et d’autres affluents vosgiens du Rhin coulent en France et alimentent des zones stratégiques. Ici
        nous ne parlerons que de ces rivières, et non de l’ensemble du bassin du Rhin, en raison de la disponibilité
        des données hydro-climatiques observées et des projections sur les zones hors de France.
        Le climat de la zone d’étude est océanique dégradé, à influence continentale, et montagnard sur le massif
        des Vosges. Globalement, cette zone géographique est humide, en particulier dans les Vosges, et
        l’enneigement peut être important localement, mais ayant un rôle hydrologique mineur à l’échelle d’intérêt.
        
        Vulnar (Thierion et al., 2012) : ’étudier les effets du changement climatique sur la nappe du Rhin
        supérieur
        
        Une augmentation de la température de 3°C ainsi qu’une diminution des
        précipitations d’environ -15% sont attendues en comparaison à une période de référence définie entre 1961
        et 1990.
        
        une diminution des précipitations neigeuses de l’ordre de -70% est anticipée
        
        l'impact du changement climatique sur les niveaux de la nappe du Rhin supérieur est faible, avec une faible
        augmentation de l’infiltration en provenance des rivières et une diminution de la recharge en eau moyenne.
        
        Flow Ms : intéressé au bassin de la Moselle, incluant sa partie luxembourgeoise et allemande,
        jusqu’à sa confluence avec le Rhin à Coblence
        
        Les projections climatiques ont indiqué une augmentation de
        la température de +1°C d’ici 2050 sur le bassin, avec des étés plus secs et des hivers plus humides.
        
        Une
        augmentation des températures de l’ordre de 1°C et une diminution des précipitations en été ainsi qu’une
        augmentation en hiver ont été mises en évidence.
        
        . D’un point
        de vue hydrologique, le projet a conclu à des étés aux bas débits probablement plus faibles et à une
        augmentation significative des crues pendant l’hiver
        
        Les étiages hivernaux sont évalués à la hausse et les
        étiages estivaux à la baisse.
        
        Les crues hivernales sont estimées à la hausse tandis que les crues estivales sont
        stables.
        
        Mosahr21 : étude la plus récente sur la partie fr Rhin Sarre et Moselle
        
        e augmentation des températures de +1.5 à +5°C selon le scénario et
        l’échéance considérés,
        
        évolution très incertaine des précipitations.
        
        Les évolutions des débits
        moyens indiquent généralement une légère augmentation des débits moyens annuels (Figure 10), qui
        pourrait même devenir importante pour l’une des projections dans une hypothèse d’augmentation forte des
        émissions de gaz à effet de serre (RCP 8.5).
        
        En ce qui concerne l’aléa de crue, il pourrait être accru dans un
        futur proche (2021-2050). En revanche, dans un futur plus lointain, l’évolution des crues est très incertaine,
        les projections divergeant fortement (Figure 11).
        
        Les débits d’étiage seraient à la baisse dans le futur proche.
        Leur évolution dans le futur lointain (2071-2100) serait également plus incertaine, allant de la baisse
        drastique à une augmentation sensible selon la projection climatique utilisée (Figure 12).
        
        e les incertitudes sont présentes à plusieurs niveaux dans
        les projections hydrologiques produites. Les modèles climatiques (GCMs) et les scénarios RCP semblent être
        le principal facteur d’incertitude. Il apparaît que l’incertitude liée aux modèles hydrologiques est faible. Cette
        hiérarchisation des sources d’incertitude rejoint les conclusions de bon nombre d’études antérieures s’étant
        intéressées au poids relatifs des différents maillons de la chaîne de modélisation dans l’incertitude totale.
        
        Les résultats ont été comparés à ceux obtenus dans le cadre d’études d’impact antérieures réalisées sur le
        bassin (FLOW MS et Explore2070) en réutilisant les projections climatiques de ces anciens projets et en les
        utilisant pour forcer les modèles hydrologiques du projet MOSARH21. Finalement, les études précédentes
        sont cohérentes avec les résultats obtenus dans le projet MOSARH21. Cependant, certaines différences
        existent, l’horizon d’Explore2070 se situant entre la période du futur proche et celle du futur lointain : les
        évolutions de débits d’Explore2070 pourraient correspondre à une situation intermédiaire entre les deux
        périodes d’étude.
    - - Explore70
        
        baisse des précipitations annuelles autour de -5%
        
        hausse des températures et de l’évapotranspiration, les débits annuels seraient
        amenés à diminuer sensiblement sur l’ensemble du bassin Seine-Normandie.
        
        La partie intermédiaire de la
        Seine serait a priori plus touchée par cette baisse.
        
        Les étiages seraient plus sévères (de -10 à -70% selon les
        projections).
        
        L’étude fait ressortir la Seine comme l'un des bassins avec les baisses les plus sévères au niveau
        du territoire.
        
        Les crues seraient d’intensité moindre.
      - Dayon 2018
        
        vision différente du devenir hydrologique de la Seine :
        en fin de siècle, en moyenne les débits annuels diminueraient mais cette baisse est incertaine du fait d’effets
        antagonistes (hausse des pluies d’hiver sur le Nord du bassin, mais diminution des pluies d’été et
        augmentation de l’évapotranspiration).
        
        Le débit d’étiage QMNA5 serait à la baisse, mais cette baisse est moins marquée que dans Explore2070
        
        Ce secteur apparaît moins comme « hot-spot » du changement
        climatique en France, mais les changements restent sensibles.
      - Climaware : proposer des stratégies d’adaptation
        dans la gestion de barrage en réponse aux impacts du changement climatique sur les eaux de surface pour
        le milieu du XXIe siècle, contribution fr sur la Seine et ses grands lacs
        
        Deux modélisations ont été engagées : une sans considérer les barrages (hydrologie naturelle, avec
        des débits naturalisés pour permettre un contrôle) et la seconde avec la représentation des modes de gestion
        de ces ouvrages (hydrologie influencée), en 25 stations hydrométriques réparties en amont de Paris (43 800
        km²).
        
        Les hypothèses de travail (GCMs, méthode de régionalisation, horizons visés, application du modèle
        hydrologique GR4J en mode semi-distribué) sont quasi identiques à celles d’Explore2070. A noter cependant
        une correction quantile-quantile appliquées aux données climatiques régionalisées. La Figure 15 (gauche,
        courbes violettes) montre la capacité du modèle à représenter le régime hydrologique, à la fois en périodes
        humides et en périodes sèches. La Figure 15 (droite, courbes bleues) montre les régimes hydrologiques sur
        la période historique (1961-1991, enveloppe bleue foncée) et future (2046-2065, enveloppe bleue
        transparente).
        
        e augmentation de la largeur de l’enveloppe dans le futur, signe
        d’une incertitude accrue
        
        ’une augmentation des débits les plus forts est possible mais
        hautement incertaine, alors qu’une diminution des débits d’étiage est probable.
        
        s résultats similaires avec Explore2070 lorsque l’on regarde des indicateurs
        classiques (non montrés ici) : une diminution notable des débits d’étiage (QMNA5, quantile 95% de la courbe
        des débits classés (Q95) et débits mensuels d’été et d’automne) et une incertitude sur le signe des
        changements des débits de hautes eaux (débit journalier maximal annuel de période de retour 10 ans
        (QJXA10), quantile 10% de la courbe des débits classés (Q10) et débits mensuels d’hiver et de printemps).
        
        évolutions sur les étiages ont des répercussions sur les modes opératoires actuels. Aussi, deux options
        d’adaptation des règles de gestion des réservoirs ont été testées individuellement, puis en les combinant :
        (i) conception de nouvelles courbes objectif de remplissage des lacs-réservoirs, et (ii) mise en place d’un
        contrôleur centralisé en temps réel piloté par des prévisions météorologiques à moyen terme (9 jours). Les
        stratégies envisagées permettent une légère amélioration des performances par rapport à des modes de
        gestion inchangés (Figure 15 droite, courbes rouges), mais sans atteindre l’efficacité actuelle, notamment en
        ce qui concerne la limitation des bas débits.
- - - - Utilisé dans des études d'impacts à l'échelle européenne (Forzieri et al 2014)
  - - - mais les petits cours d’eau ont
        été écartés du diagnostic, du fait de la résolution spatiale trop grossière
  - - - Meuse
        
        CHIMERE21 (thirel et al, 2021) sur le bassin de la Meuse
        
        AMICE (Drogue et al, 2010)
      - Rhin et Moselle
        
        VULNAR (Thierion et al., 2012) sur la nappe du Rhin supérieur
        
        FLOW MS sur l'ensemble de la Moselle
        
        MOSAHR21 sur partie du Rhin et de la Moselle
    - - Inclus dans les études nationales explore70 et Dayon 2018 et européenne CLIMAWARE
        
        valorisation du projet RexHySS (Ducharne et al., 2009), mentionnée dans la synthèse bibliographique
        adossée au projet Explore2070 s’est poursuivie (Habets et al., 2013)
        
        Climaware : Le bassin de la Seine et ses Grands Lacs était le secteur
        d’intérêt de la contribution française
      - Projet HYCARRE : les 3 bassins SN, Loire Bretagne et Rhöne Mediterranée (décrit dans la section Rhône-Méditerranée-Corse)