Impacts du changement climatique sur les phénomènes hydrométéorologiques

Changement climatique et sécheresses

Changement Climatique et sécheressesUn enjeu majeur du changement climatique en France

Les sécheresses, définies comme un déficit en eau sur une période relativement longue, font partie des extrêmes climatiques à fort enjeu sociétal. Les événements récents que la France a connus lors de l'été 2003 ou plus récemment au printemps 2011 (voir actualité) ont rappelé la sensibilité de nos systèmes aux extrêmes hydrologiques et à la disponibilité de la ressource en eau.
Le changement climatique, du fait de l'augmentation de l'évaporation liée à la hausse des températures, renforce l'intensité et la durée des sècheresses des sols. Les effets sont déjà visibles dans différentes régions du monde, dont le Bassin méditerranéen (5e rapport GIEC 2013). La connaissance de l'évolution passée et future des sècheresses est un enjeu essentiel pour l'adaptation en France (Plan national d'adaptation au changement climatique, 2011) et a été notamment étudiée dans le cadre du projet ClimSec.
 

Les types de sécheresse

On distingue plusieurs types  de sécheresses :

  • La sécheresse météorologique correspond à un déficit prolongé de précipitations.
  • La sécheresse agricole se caractérise par un déficit en eau des sols superficiels (entre 1 et 2 m de profondeur), suffisant pour altérer le bon développement de la végétation. Elle dépend des précipitations et de l'évapotranspiration des plantes. Cette notion tient compte de l'évaporation des sols et de la transpiration des plantes (l'eau puisée par les racines est évaporée au niveau des feuilles). La sécheresse agricole est donc sensible aux précipitations, à l'humidité et à la température de l'air, au vent mais aussi à la nature des plantes et des sols.
  • La sécheresse hydrologique se manifeste enfin lorsque les lacs, rivières ou nappes souterraines montrent des niveaux anormalement bas. Elle dépend des précipitations mais aussi de l'état du sol influant sur le ruissellement et l'infiltration. Le réseau hydrographique détermine les temps de réponse aux déficits de précipitations observés sur différentes périodes.

Les sécheresses en France depuis la fin du XIXe siècle

On peut analyser les sècheresses météorologiques depuis la fin du XIXe siècle à partir des longues séries de données pluviométriques. Celle disponible sur Paris depuis 1873 est par exemple marquée par une forte variabilité interannuelle à décennale. La sécheresse de 1921 qui a duré de décembre 1920 à mai 1922, avec un pic en janvier 1922, est de loin la plus sévère des 150 dernières années. Elle est suivie, en matière de sévérité, par deux sécheresses successives à la fin des années 1940 (octobre 1945 à mai 1946 et février 1949 à avril 1950). La sècheresse forte la plus récente a eu lieu en 1996.

Evolution des sécheresses météorologiques de longue durée à Paris depuis 1873
Évolution des sècheresses météorologiques de longue durée à Paris depuis 1873, à partir de l'indice Standardized Precipitation Index 12 mois. Les sècheresses sont caractérisées par une valeur fortement négative de l'indice.
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Concernant les sécheresses du sol, on dispose d'un historique débutant en 1958. Le diagnostic (basé sur la fraction du territoire en sècheresse au cours d'une année) est assez différent de celui posé pour les sécheresses météorologiques. La tendance à l'augmentation de la fréquence et de l'intensité des sècheresses (au sens de la surface affectée) est particulièrement nette depuis la fin des années 1980.

Surface annuelle de la France touchée par la sécheresse
Indicateur annuel de sècheresse des sols en France publié sur le site de l'ONERC : pourcentage annuel du territoire en sècheresse et moyenne décennale glissante. Il est disponible depuis 1959. Si les événements les plus forts sont ceux de la période 1989-1990, la tendance à l'augmentation de la fréquence et de l'intensité des sècheresses est sensible depuis la fin des années 1980, comme le montre notamment la répétition des épisodes secs depuis le début du XXIe siècle (2011, 2003, 2005).
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Vers une augmentation des sécheresses du sol (projet ClimSec)

Coordonné par Météo-France, le projet de recherche ClimSec, soutenu  par la fondation MAIF, s'est intéressé, de 2008 à 2011, à l'impact du changement climatique sur les sécheresses en France métropolitaine.
Les simulations effectuées à l'aide de modèles climatiques régionalisés sur la France ont fourni des informations capitales sur l'évolution prévisible des sécheresses au cours du XXIe siècle selon trois scénarios socio-économiques caractérisant les politiques climatiques suivies et leurs conséquences en matière d'évolution des concentrations en gaz à effet de serre : B1 scénario optimiste, A1B intermédiaire, A2 pessimiste (en savoir plus : http://www.drias-climat.fr/accompagnement/section/174).
De manière générale, les résultats de ces simulations mettent en évidence une augmentation continue des sècheresses du sol en moyenne annuelle sur le territoire métropolitain au cours du XXIe siècle. En fin de siècle, les projections réalisées à partir des trois scénarios s'accordent globalement sur un niveau moyen annuel d'humidité des sols correspondant au niveau extrêmement sec de la période de référence 1961-1990.
L'ensemble de ces données et analyses sont aujourd'hui accessibles en ligne sur le portail DRIAS.
 

Indicateur sécheresse d'humidité des sols
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Des indicateurs pour suivre l'évolution des sécheresses

S'il n'existe pas d'indicateur de sécheresse universel, l'Organisation mondiale de la météorologie a préconisé l'utilisation du Standardized Precipitation Index (SPI) (WMO, 2009), pouvant être adapté à d'autres variables hydrologiques comme l'indice d'humidité des sols (Soil Wetness Index) caractérisant le pourcentage d'eau du sol disponible pour la végétation.
Ces indicateurs, utilisés de manière opérationnelle pour le suivi hydrologique national, permettent aussi une analyse de la variabilité passée des sècheresses à partir de séries de données pluviométriques anciennes ou de réanalyses hydrométéorologiques, comme celles effectuées à l'aide du modèle Safran-Isba-Modcou (SIM)*.
 

La modélisation numérique pour pallier le manque de mesures

L'étude des sécheresses, directement à partir des mesures, est difficile pour plusieurs
raisons :

- Les longues séries de données pluviométriques, au moins séculaires, sont rares : leur résolution spatiale ne dépasse pas, en moyenne en France, un point de mesure tous les 50 km. En effet, si les mesures pluviométriques régulières ont débuté au milieu du XIXe siècle, l'organisation des réseaux d'observation a beaucoup évolué au cours du temps.

- Certains paramètres comme l'humidité des sols ne sont relevés que depuis 2008-2009.

- Dans le domaine de l'hydrologie, la gestion de la ressource par l'homme (barrage, prélèvement) rend difficile la comparaison des données d'une année à l'autre.

Le recours à la modélisation permet d'étudier l'évolution des sécheresses. Partant des données météorologiques disponibles sur les 50 dernières années, on peut reconstituer,  via des simulations numériques, les différents types de sécheresse passée dans les différentes composantes du cycle de l'eau. De même, en s'appuyant sur les scénarios climatiques calculés pour le XXIe siècle, on  simule également les sécheresses futures

* Le modèle numérique Safran effectue une réanalyse atmosphérique. Ces données alimentent ensuite le modèle Isba qui simule les échanges d'eau et d'énergie entre la surface du sol, la végétation et les basses couches de l'atmosphère, ainsi que le modèle Modcou qui simule le transfert de l'eau vers/dans les rivières et l'évolution des nappes aquifères.


Références bibliographiques

Changements climatiques 2013, Les éléments scientifiques, Résumé à l'attention des décideurs. Contribution du groupe de travail I au cinquième rapport d'évaluation du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC).

Soubeyroux, J.-M., Kitova, N., Blanchard, M., Vidal, J.-P; Martin, E., Dandin, P. (2012) : Sècheresse des sols en France et changement climatique. La Météorologie, 78, pp 21-30.