Université Montpellier 2 - Faculté des Sciences Rapport de stage de Master 2ème année

Juin 2009

Département des Sciences de la Terre et de l’Eau et de l’Environnement de Montpellier Mention : Biologie Géosciences Agroressources Environnement (BGAE) Spécialité : Sciences de l’Eau dans l’Environnement Continental (SEEC)

Parcours : Recherche Eau Environnement (R2E)     

LLeess CChhaannggeemmeennttss CClliimmaattiiqquueess eenn MMééddiitteerrrraannééee eett lleess IImmppaaccttss pprréévviissiibblleess ssuurr lleess RReessssoouurrcceess eenn EEaauu

    

                   

Marianne Milano     

 

                                              Page de couverture : La Méditerranée dans le monde Source : http://www.carte-du-monde.net/   

 

Université Montpellier 2 - Faculté des Sciences Rapport de stage de Master 2ème année

Juin 2009

Département des Sciences de la Terre et de l’Eau et de l’Environnement de Montpellier Mention : Biologie Géosciences Agroressources Environnement (BGAE) Spécialité : Sciences de l’Eau dans l’Environnement Continental (SEEC)

Parcours : Recherche Eau Environnement (R2E) 

LLeess CChhaannggeemmeennttss CClliimmaattiiqquueess eenn MMééddiitteerrrraannééee eett lleess IImmppaaccttss pprréévviissiibblleess ssuurr lleess RReessssoouurrcceess eenn EEaauu

      

Marianne Milano

Juin 2009                    

Responsable du Master 2 – Recherche Eau Environnement : Eric Servat Responsables encadrant le stage : Eric Servat (HydroSciences Montpellier) Sandra Ardoin-Bardin (HydroSciences Montpellier) Pierre Icard (Plan Bleu) Gaëlle Thivet (Plan Bleu)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            « Le réchauffement planétaire :             A l’échelle planétaire : une cause à défendre             A l’échelle locale : des intérêts à préserver. » 

   

Mohamed SENOUCI  Membre du GIEC 

Association de Recherche sur le Climat et l’Environnement  Oran, Algérie 

 

 

1

 Remerciements

Je tiens particulièrement à remercier Monsieur Eric Servat. Tout d’abord pour avoir su comprendre mes problèmes d’orientation dès le mois de juillet et de m’avoir accueilli dans son laboratoire HydroSciences Montpellier. Je le remercie de m’avoir fait confiance. Je le remercie également pour tout son investissement pour mener à bien mon stage et mes projets professionnels (je ne reçois pas d’appels tous les soirs de Ouagadougou…). Son écoute, son soutien et ses conseils ont été d’une très grande aide. Monsieur Servat, mille mercis ! Ce que je deviendrai plus tard ça sera en partie grâce à vous. Puissiez-vous trouver à travers ces quelques lignes toute ma gratitude, mon respect et mon admiration !

Je remercie également Monsieur Pierre Icard de m’avoir fait confiance malgré mon sac à dos de vacances lors de notre premier entretien. Je le remercie de m’avoir permis de connaître le Plan Bleu et de m’avoir intégré dans ses équipes de travail.

Je remercie aussi vivement mes deux tutrices : Madame Gaëlle Thivet et Madame Sandra Ardoin-Bardin pour m’avoir accompagnée et encadrée tout au long de ce stage. Je les remercie pour leur aide, leur dynamisme, leur gentillesse, leur patience et leur disponibilité malgré des missions à l’étranger pour l’une et un congé maternité pour la seconde. Je les remercie également pour leur regard critique et conseils avisés sur mon travail.

Un grand merci à tous les quatre d’avoir permis la réalisation de ce stage dans de si bonnes conditions et sur un sujet au combien passionnant. J’espère ne pas vous avoir déçu.

Je tiens également à remercier l’équipe du laboratoire HydroSciences Montpellier. Je pense en particulier à Mr. Denis Ruelland pour son écoute et ses conseils qui ont su me faire garder un esprit critique sur les perspectives d’avenir qui s’offraient à moi et puis aussi pour ses drôles de blagues avec Mr. Michel Desbordes ; à Mme. Claudine Dieulin pour son extraordinaire patience et pédagogie ; à Mr. François Delclaux pour sa formation au logiciel FERRET et à Mme. Nathalie Rouché pour sa gentillesse et son aide à la collecte de données hydrologiques.

Je remercie toute la « Blue Team » pour leur chaleureux accueil, avec un spécial remerciement à Mr. Mohammed Blinda qui a bien voulu partager son bureau avec moi mais aussi pour ses critiques fort pertinentes auxquelles je n’avais pas toujours de réponse….

Petite pensée aussi pour le modèle hydrologique GR2M et les données des modèles climatiques globaux qui nous ont donné tant de fil à retordre, à Sandra et à moi, mais sans qui on ne pourrait évaluer les fluctuations futures et apprendre à les anticiper.

Enfin, je tiens à remercier tous mes amis « Montpelliérains » en particulier Stéphanie, Lauriane, Ramone, Seb, Audric (un intrus ?), Magali, Mawrie Chewrie et Christophe, mon voisin de « cagibi » pour m’avoir fait passer deux ans de pur bonheur et de m’avoir soutenu dans les périodes de galère. Greg, un remerciement spécial pour toi pour la chantilly ! Plus sérieusement, merci de m’avoir supportée et surtout d’avoir répondu présent quand j’en ai eu besoin.

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 SOMMAIRE

INTRODUCTION 7 CHAPITRE 1 - SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE

I. LA REGION MEDITERRANEENNE ET SES RESSOURCES EN EAU 9 1. DEFINITION DE L’ESPACE MEDITERRANEEN 9 2. BILAN HYDRIQUE 10 3. UNE INEGALE REPARTITION DES RESSOURCES EN EAU 10 4. VULNERABILITE DE LA REGION MEDITERRANEENNE AUX CHANGEMENTS CLIMATIQUES 11 II. LES MODELES CLIMATIQUES ET SCENARII D’EMISSIONS DE GAZ A EFFET DE SERRE 12 1. LES MODELES CLIMATIQUES GLOBAUX 12 2. LES MODELES DE CIRCULATION GENERALE COUPLE ATMOSPHERE-OCEAN 12 3. LES SCENARII D’EMISSIONS DE GAZ A EFFET DE SERRE 13 III. PRESENTATION DES ZONES D’ETUDE 16 1. LOCALISATION GEOGRAPHIQUE 16 2. CONTEXTE CLIMATIQUE 18 3. CONTEXTE HYDROLOGIQUE 19 4. CONTEXTE HYDROGEOLOGIQUE 19 5. URBANISATION ET AMENAGEMENTS 20

CHAPITRE 2 - MODELISATION DES CHANGEMENTS CLIMATIQUES AUX HORIZONS 2050 ET 2100

I. PRESENTATION DES DONNEES DE L’ETUDE 21 1. CONSTRUCTION DES GRILLES DE TEMPERATURE ET DE PRECIPITATIONS 22

A) GRILLES RETROSPECTIVES (1900 – 2000) 22 B) GRILLES PROSPECTIVES (2001 – 2099) 22

2. CONSTRUCTION DES GRILLES D’EVAPOTRANSPIRATION 23 3. CONSTRUCTION DES GRILLES DE CAPACITE EN EAU DES SOLS (WHC) 24 4. DONNEES HYDROLOGIQUES DES BASSINS VERSANTS RETENUS 24 5. FIABILITE DE LA BANQUE DE DONNEES 25 II. LA MODELISATION HYDROLOGIQUE : UN OUTIL POUR EVALUER LES

IMPACTS DU CHANGEMENT CLIMATIQUE 26

1. LES MODELES HYDROLOGIQUES 26 2. PRESENTATION DU MODELE GR2M 27 3. PARAMETRISATION DU MODELE GR2M 28 4. PHASE DE CALAGE ET VALIDATION DU MODELE GR2M 30

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III. LES IMPACTS POTENTIELS DU CHANGEMENT CLIMATIQUE SUR LES RESSOURCES EN EAU 33

1. EVOLUTION DE L’EVAPOTRANSPIRATION 33 2. EVOLUTION DES PRECIPITATIONS 35 3. EVOLUTION DES ECOULEMENTS DE SURFACE 38 4. SYNTHESE ET DISCUSSION 41

CHAPITRE 3 - PERSPECTIVES : DES INDICATEURS D’IMPACTS DU CHANGEMENT CLIMATIQUE

I. QUELQUES INDICATEURS D’IMPACTS DU CHANGEMENT CLIMATIQUE 44 1. DES INDICATEURS METEOROLOGIQUES 44 2. LES INDICATEURS POUR LA QUALITE ET LA QUANTITE DES RESSOURCES EN EAU 45 A) LA CRYOSPHERE - BILAN DE MASSE DES GLACIERS 45

B) LES EAUX SOUTERRAINES ET LES EAUX DE SURFACE 46 C) LA MER MEDITERRANEE 46

II. CRITERES D’IDENTIFICATION D’UN BON INDICATEUR 48 1. LE CADRE D’ANALYSE « FORCES, PRESSIONS, ETAT, IMPACTS, REPONSES » (DPSIR) 48 2. LES COMPTES DE L’EAU 49

CONCLUSION 51

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 LISTE DES ANNEXES

ANNEXE 1 63 LES RESSOURCES EN EAU EN MEDITERRANEE ANNEXE 2 64 QUELQUES PRECISIONS SUR LES MODELES CLIMATIQUES GLOBAUX ANNEXE 3 66 CARACTERISTIQUES DE LA REGION MEDITERRANEENNE POUVANT INFLUENCER SES REGIMES HYDROLOGIQUES ANNEXE 4 67 SCHEMA CONCEPTUEL SIMPLIFIE DU MODELE GR2M ANNEXE 5 68 RECHAUFFEMENT MOYEN DE LA TEMPERATURE DE L’AIR EN REGION MEDITERRANEENNE ANNEXE 6 69 VARIATION SAISONNIERE DES PRECIPITATIONS A L’HORIZON 2100 ANNEXE 7 70 LES INDICATEURS D’IMPACT DU CHANGEMENT CLIMATIQUE ANNEXE 8 73 INTRODUCTION AUX COMPTES DE L’EAU

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LISTE DES ILLUSTRATIONS Figure 1 – Un espace méditerranéen à plusieurs dimensions 9 Figure 2 - Structure conceptuelle d'un modèle de circulation générale couplé Atmosphère-Océan13 Figure 3 – Les scénarii d’émissions de gaz à effet de serre 14 Figure 4 – Les bassins versants méditerranéens 16 Figure 5 – Présentation des zones d’étude 17 Figue 6 – Phénomènes globaux et régionaux influençant le climat méditerranéen 18 Figure 7 – Structures hydrogéologiques dans le bassin méditerranéen 20 Figure 8 – Découpage au demi-degré carré d’un bassin versant 21 Figure 9 – Les différents types de modèle hydrologique 26 Figure 10 – Schéma de fonctionnement d’une chaîne de modélisation semi-global de la relation pluie-débit 27 Figure 11 – Hydrogrammes mensuels observés et calculés en calage pour le bassin versant du Pô entre 1923 et 1940 30 Figure 12 – Hydrogrammes mensuels observés et calculés en calage pour le bassin versant du Rhône entre 1934 et 1945 31 Figure 13 – Hydrogrammes mensuels observés et calculés en validation pour le bassin versant de la Moulouya entre 1971 et 1986 31 Figure 14 – Hydrogrammes observés et calculés en validation pour le bassin versant de l’Ebre entre 1960 et 1970 32 Figure 15 – Evolution mensuelle de l’ETP sur le bassin versants du Rhône aux horizons 2050 et 2100 par rapport à la période de référence ; simulations selon ECHAM5-A1B 34 Figure 16 – Evolution mensuelle de l’ETP sur le bassin versants de la Moulouya aux horizons 2050 et 2100 par rapport à la période de référence ; simulations selon ECHAM5-A1B 34 Figure 17 – Evolution des précipitations annuelles par rapport aux précipitations annuelles observées sur la période 1960-1990 35 Figure 18 – Variation des précipitations mensuelles moyennes aux Horizons 2050 et 2100 comparées aux précipitations mensuelles moyennes observés sur la période 1960-1990 37 Figure 19 – Evolution des écoulements de surface annuels par rapport aux écoulements de surface annuels observées sur la période 1960-1990 38 Figure 20 – Variation des débits mensuels moyens aux Horizons 2050 et 2100 comparées aux débits mensuels moyens observés sur la période 1960-1990 40 Figure 21 – Evaluation des ressources en eau en Méditerranée à l’Horizon 2050 43 Figure 22 – Exemple d’analyse DPSIR appliqué aux changements climatiques 48

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 – Variation saisonnière des températures, de l’évapotranspiration et des précipitations sur les sites étudiés 18 Tableau 2 – Variations saisonnières des débits interannuels des sites étudiés 19 Tableau 3 – Population et principaux aménagements des sites d’études 20 Tableau 4 – Classification des sols selon la capacité de rétention en eau 24 Tableau 5 – Moments présumés des ruptures sur les séries hydrologiques par Khronostat 29 Tableau 6 – Performance du critère d’optimisation en termes de calage et validation pour les trois découpages 29

Tableau 7 – Résultats retenus en calage et validation pour les quatre bassins versants                       30

7

 INTRODUCTION

Inquiets de voir se dégrader l’état de la mer Méditerranée et son environnement, l’ensemble des

pays méditerranéens se sont réunis en 1975 sous l’égide du Programme des Nations Unies, à

Barcelone. Ils y signèrent une Convention pour la protection de la mer Méditerranée et la mise en

place de plans d’actions pour observer, évaluer et explorer les évolutions possibles des relations

entre environnement et développement dans le bassin méditerranéen à travers plusieurs

thématiques. C’est ainsi que le Plan Bleu, constituant l’un des sept Centres d’activités régionales du

Plan d’Action pour la Méditerranée, fut créé en 1977. Depuis sa création, l’eau est une

problématique prioritaire pour le Plan Bleu. En région méditerranéenne, les ressources en eau sont

limitées, fragiles et inégalement réparties dans l’espace et dans le temps. Avec les changements

climatiques prévus par de nombreuses études, la disparité et la rareté de ces ressources ne

cesseront de croître.

En effet, plusieurs études définissent la région méditerranéenne comme un « hot spot » du

changement climatique, c'est-à-dire l’une des régions au monde la plus vulnérables aux variations

climatiques à venir. Les nombreux phénomènes climatiques et les évènements météorologiques

extrêmes associés qui s’y produisent en sont la principale cause. De plus, l’eau étant étroitement

liée au climat, n’importe quelle altération de ce dernier induira des changements dans le cycle

hydrologique. Une hausse des températures risquerait de modifier la répartition spatiale et

temporelle des précipitations et alors des ressources en eau, bouleversant ainsi le bilan hydrique

du bassin méditerranéen. Or, des écosystèmes et toute une économie sont fondés dessus. Dès

lors, face à un réchauffement climatique inéluctable, les questions relatives à la gestion des

ressources en eau et aux risques hydrologiques en région méditerranéenne sont particulièrement

importantes pour le Plan Bleu, d’autant plus que la pression anthropique sur le milieu s’accroît

progressivement.

Quels sont les impacts prévisibles du changement climatique sur les ressources en eau ? Comment

appréhender et suivre ces perturbations ? Ce sont deux problématiques majeures auxquelles le

Plan Bleu tente de répondre en collaboration avec le laboratoire HydroSciences Montpellier. Pour

avoir des premiers éléments de réponse, un état de l’art sur les changements climatiques en

Méditerranée et un travail de modélisation hydrologique à l’échelle de plusieurs bassins versants

méditerranéens ont été entrepris.

Après une brève présentation des caractéristiques et des particularités de la zone d’étude et du

modèle hydrologique exploité, les premiers résultats d’évaluation des tendances évolutives de

l’évapotranspiration, des précipitations et des écoulements de surface aux horizons 2050 et 2100

sur quatre bassins versants méditerranéens seront présentés. Mais aussi, une liste non exhaustive

d’indicateurs susceptibles de refléter la situation et l’évolution des ressources en eau face aux

changements climatiques en région méditerranéenne et les critères de sélection de ces derniers

seront exposés.

 8

9

 CHAPITRE 1

SYNTHESE BIBLIOGAPHIQUE

I. LA REGION MEDITERRANEENNE ET SES RESSOURCES EN EAU

Dans le but d’une première approche des impacts prévisibles du changement climatique sur les

ressources en eau en région méditerranéenne, ceux-ci seront étudiés à l’échelle de plusieurs

bassins versants méditerranéens. Toutefois, pour mieux appréhender ces variations, il est

nécessaire avant toute chose de définir les caractéristiques et particularités de la région

méditerranéenne. Un portrait non exhaustif de cette dernière s’en suit donc.

1. Définition de l’espace méditerranéen

L’espace méditerranéen s’étend sur 22 pays et territoires dont au moins l’une des frontières est la

mer Méditerranée. Mais, en fonction de la thématique étudiée, cet espace ne sera pas abordé de la

même façon (Figure 1).

Une première dimension d’étude est la région méditerranéenne, soit l’intégralité des 22 pays et

territoires riverains de la mer Méditerranée. Les décisions politiques, économiques et « les

orientations de la coopération régionale » (Plan Bleu, 2005) sont prises à cette échelle.

Les spécificités de l’espace méditerranéen seront définies à un second niveau qui englobe les 234

régions côtières et les 200 îles méditerranéennes. On parle alors des régions côtières

méditerranéennes (Figure 1 ; Plan Bleu, 2007).

Enfin, une troisième échelle sera considérée pour chaque problématique. Pour notre thématique

des ressources en eau en Méditerranée, l’échelle des bassins versants méditerranéens sera

retenue (Figure 1). Cette dimension qualifie l’ensemble des bassins versants des fleuves se jetant

dans la mer Méditerranée. Elle s’étend de la latitude 28°N à 49°N et de la longitude -10°W à -

45°E.

Figure 1 – Un espace méditerranéen à plusieurs dimensions

(Plan Bleu, 2007)

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2. Bilan hydrique

La mer Méditerranée est une machine thermodynamique. Elle est au cœur de nombreux échanges

d’eau, de sel et de chaleur avec les profondeurs et l’océan Atlantique, et participe également à des

échanges d’eau et de chaleur avec l’atmosphère. Ces flux caractérisent son bilan hydrique.

Le bilan hydrique méditerranéen est négatif. Cela signifie qu’il y a plus d’évaporation (1,2 m/an)

que d’apport en eau par le ruissellement des deltas (0,14 m/an), la mer Noire (0,08 m/an) et les

précipitations (0,34 m/an). On estime la part des précipitations qui s’évaporent entre 50% et 75%

(Somot, 2005 ; EUWI MED, 2008). Toutefois, ce bilan varie dans le temps (saisons, durée des

précipitations, étendue de la couverture neigeuse, écoulement de surface) et dans l’espace (taille

du bassin versant, nature de l’aquifère, topographie, urbanisation) modifiant ainsi la recharge des

aquifères, le débit des cours d’eau, la teneur en eau des sols et la couverture végétale.

3. Une inégale répartition des ressources en eau

Les ressources en eau de l’ensemble des pays et territoires riverains de la Méditerranée sont

estimées à hauteur de 1 080 km3/an, soit moins de 3% des ressources mondiales pour plus de 7%

de la population mondiale (Plan Bleu, 2008b). Toutefois, la différence de climat entre les pays du

Nord et les pays du Sud, ainsi que les différents aquifères et systèmes d’accessibilité et

d’exploitation de ces derniers, entrainent une inégale répartition des ressources en eau.

En effet, 84,2% des ressources en eau totales se situent dans les bassins versants Nord

méditerranéens1 contre 10% dans les bassins versants Sud méditerranéens et 5,8% dans les

bassins versants de l’Est. Il en est de même pour les ressources souterraines : sur les 300 milliards

de m3/an d’eau drainant les réseaux souterrains, 71% de ces ressources se trouvent dans les pays

du Nord (dont 100 milliards de m3/an en France), 24% au Proche Orient (dont 50 millions de

m3/an à Gaza et Malte), et 5% se trouvent dans les pays africains (EUWI MED, 2007).

Selon les estimations de Plan Bleu, en 2005, la population méditerranéenne « pauvre » en eau,

c'est-à-dire celle des pays dotés de moins de 1 000 m3/hab/an, s’élève à 180 millions d’habitants,

dont 60 millions en situation de « pénurie » avec un capital inférieur à 500 m3/hab/an (en

Jordanie, Lybie, Malte, Israël, Tunisie, Algérie); tandis que les pays du Nord bénéficient d’un capital

de l’ordre de 4 700 m3/hab/an en moyenne (Annexe 1 ; Plan Bleu, 2005).

Malheureusement, avec le changement climatique à venir, ces disparités vont être exacerbées et la

demande en eau va s’accentuer du fait de la croissance démographique, de l’urbanisation des

littoraux et de l’attrait touristique des régions côtières. Des stratégies innovantes et concertées

devront être mises en place afin de collecter et réutiliser les eaux usées, d’exploiter

convenablement les ressources des aquifères profonds d’Algérie, d’Egypte, Lybie et Jordanie, de ne

pas surexploiter les ressources des aquifères côtiers pour éviter une salinisation de ces derniers, et

gérer les aquifères transfrontaliers entre l’Algérie, la Lybie et la Tunisie, l’Egypte et la Lybie, Israël

et la Palestine.

                                                             1 A l’échelle des pays, 71% des ressources en eau se situent dans les pays nord méditerranéens, 20% dans les pays nord africains et 9% dans les pays méditerranéens de l’Est (Plan Bleu, 2005).

11

  4. Vulnérabilité de la région méditerranéenne aux changements climatiques

La région méditerranéenne a été identifiée comme un « hot spot » du changement climatique,

c’est-à-dire une région particulièrement vulnérable où les changements seront marqués en termes

d’élévation des températures et de diminution des précipitations moyennes, de variabilité

interannuelle et d’événements météorologiques extrêmes. De plus, divisée entre trois continents,

abritant 7,4% de la population mondiale et devant faire face à une forte disparité de la répartition

des ressources en eau, la région méditerranéenne présente des enjeux scientifiques,

environnementaux et socio-économiques importants.

Etant une zone de transition entre deux régimes climatiques très contrastés, de nombreux

mécanismes climatiques complexes influencés par des phénomènes globaux (alizés, anticyclones

des Acores, cellule de Hadley, moussons) et régionaux (reliefs, glaciers alpins, végétation

continentale) s’y opèrent. Du fait du réchauffement climatique, ces derniers risqueront d’amplifier

les phénomènes météorologiques extrêmes (Somot, 2005).

La mer Méditerranée sera également victime de nombreuses perturbations. Tout d’abord, sa

température aura tendance à augmenter de +2°C d’ici 2050 et de +2 à +3,5°C d’ici 2100 (IPCC,

2007a). Ceci modifiera vraisemblablement sa circulation thermohaline. Le transport des masses

d’eau décroîtra alors (-20% aux profondeurs intermédiaires, -60% dans les profondeurs), réduisant

de la sorte les échanges avec l’océan Atlantique, rendant peu à peu les fonds marins anoxiques et

modifiant le climat à l’échelle régionale (Bozec et al., 2005 ; Li et al., 2006 ; Somot, 2005). De plus,

suite à ce réchauffement certain, les eaux de la mer Méditerranée se dilateront. Une hausse du

niveau marin de +4,5 mm/an en moyenne, soit de 0,18 à 0,59 m d’ici 2100, sera alors à prévoir

(Bou-Zeid, 2002 ; IPCC, 2007a ; IPCC, 2008a). Cela engendrera sans doute une submersion des aires

côtières et deltaïques ainsi qu’une forte érosion des côtes. La position des rivages et la morphologie

des côtes seront par conséquent modifiées (Annexe 1 ; IPCC, 2007b ; République Tunisienne, 2001).

Mais plus important encore, cette hausse sera sûrement responsable d'une importante salinisation

des nappes phréatiques littorales, diminuant alors les ressources en eau disponibles (-28% en

Tunisie) et les eaux de surface exploitables (-5% en Tunisie). Ces impacts entraîneront la perte

d’un grand nombre de terres agricoles et modifieront la qualité et la teneur en sel des récoltes

(Agoumi, 2003 ; El Raey, 2004 ; République Tunisienne, 2001).

Ainsi, de par sa situation géographique, son inégale répartition des ressources en eau et les

changements climatiques à venir, le bassin méditerranéen est particulièrement sensible aux

modifications climatiques. Pour mieux appréhender son futur, il est alors indispensable de disposer

d’outils de modélisation numérique du système climatique qui soient performants.

 12

II. LES MODELES CLIMATIQUES ET SCENARII D’EMISSIONS DE GAZ A EFFET DE SERRE

Au début du XXème siècle, les physiciens s’interrogent pour la première fois sur la paramétrisation

du climat : comment traduire la conceptualisation des phénomènes atmosphériques et océaniques

en algorithme ? L’idée de créer un modèle intermédiaire entre réel et théorique survient dans les

années 1920. Dès lors, les progrès en ingénierie et en compréhension des phénomènes

météorologiques ne cessent de croître (Annexe 2 ; Dahan, 2007).

Aujourd’hui, les modèles climatiques s’avèrent les seuls outils relativement fiables dont les

scientifiques disposent pour évaluer l'impact des changements climatiques futurs, et pour fournir

des informations concrètes aux décideurs pour anticiper l’évolution du climat.

1. Les modèles climatiques globaux

Il existe aujourd’hui de très nombreux modèles, chacun étant optimal pour une problématique

posée. Chaque modèle intègre l’atmosphère, la biosphère, l’hydrosphère, la cyrosphère, et les

océans. Y sont également représentés les échanges énergétiques et les échanges en carbone entre

chaque système, le transfert radiatif atmosphérique et la circulation atmosphérique et océanique.

Leur capacité de simulation dépend du degré de compréhension des processus physiques,

géophysiques, chimiques et biologiques régis par le modèle. Le choix du modèle se fera alors en

fonction de la capacité informatique mise à disposition, de la stabilité numérique du modèle et

surtout en fonction de son niveau de complexité (Annexe 2 ; Ardoin-Bardin, 2004 ; IPCC, 2008b ;

Escrime, 2007). Toutefois, les modèles les plus fréquemment utilisés pour appréhender les

évolutions climatiques sont les Modèles de Circulation Générale Couplés Atmosphère-Océans.

2. Les Modèles de Circulation Générale Couplé Atmosphère-Océan

Les Modèles de Circulation Générale Couplés Atmosphère-Océan (AOGCM) sont des modèles très

ambitieux, très coûteux et très complexes (IPCC, 2007a).

Les AOGCMs associent les circulations générales atmosphériques aux circulations générales

océaniques en y ajoutant la biosphère, le cycle du carbone et la composition chimique de

l’atmosphère. De plus, ils résolvent l’ensemble des équations mathématiques et physiques qui les

régissent à l’aide d’une grille tridimensionnelle recouvrant la surface du globe (Figure 2). En effet,

les AOGCMs subdivisent l’intégralité du globe en milliers de colonnes, elles mêmes subdivisées en

plusieurs couches pour une meilleure représentation des phénomènes complexes, telle que la

physique des nuages (Ardoin-Bardin, 2004 ; IPCC, 2007a ; NOAA, 2008).

Les modèles climatiques sont des programmes informatiques construits sur la base de lois

physiques et mathématiques fondamentales (conservation de la masse, énergie, Loi de Newton,

etc.) afin de recréer les phénomènes physico-chimiques qui régissent le climat.

13

 

Figure 2 - Structure conceptuelle d'un modèle de circulation générale couplé Atmosphère-océan (d’après NOAA, 2008 et Mouillot, 2007)

La résolution verticale du modèle fait appel au nombre de couches modélisées a l’intérieur des colonnes, variant de 10 à 20 couches pour l’atmosphère et de 10 à 30 couches pour les océans en fonction du paramètre physique de référence choisi : pression ou hauteur-profondeur. La résolution horizontale quant à elle fait référence aux dimensions des colonnes recouvrant le globe, variant de 250 à 600km sur les continents et de 125 à 250km sur les océans, en fonction de la précision souhaitée et de la puissance informatique disposée.

Malgré les multiples études visant à améliorer la précision et à réduire les incertitudes de ces

modèles (Annexe 2), les AOGCMs s’avèrent les meilleurs outils pour simuler la réponse du système

climatique face aux émissions croissantes de gaz à effet de serre (GES) et pour propulser les

scientifiques vers le futur.

3. Les scénarii d’émissions de gaz à effet de serre (Ardoin-Bardin, 2004 ; IPCC, 2000)

Les émissions de GES résultent de phénomènes complexes régis par des contraintes à l’évolution

incertaine : la croissance démographique, le développement socio-économique des sociétés et les

avancées technologiques. Afin d’évaluer l’incidence de ces dynamiques sur les rejets de GES et

alors établir des projections décrivant ce que pourrait être l’avenir en matière de changement

climatique, des scénarii d’émissions de GES ont été créés par le Groupe d’Expert

Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat (GIEC ou Intergovernmental Progam on Climate

Change, IPCC, en anglais) (Figure 3). Chaque scénario d’émissions (SRES) possède ses propres

caractéristiques.

 14

Figure 3 – Les scénarii d’émissions de gaz à effet de serre (Bernardara, 2007)

Scénario SRES A1

Le scénario SRES A1 décrit un monde au développement économique très rapide, et où la

distinction entre pays « riches » et pays « pauvres » disparaît.

Ce scénario évoque une importante croissance démographique avec une population mondiale

atteignant près de 9 milliards d’individus d’ici 2050, puis déclinant pour atteindre près de 7

milliards d’individus en 2100. Cela, grâce à une importante amélioration des conditions sociales et

sanitaires et de faibles taux de mortalité et de natalité (petites familles et longue espérance de

vie).

D’un point de vue socio-économique, ce scénario suggère de nombreux investissements en termes

(i) de technologies de communication et de transport (mobilité internationale des populations, des

idées et des technologies), (ii) de lois communes sur l’immigration et l’éducation et (iii) de

coopération nationale et internationale des institutions, développant de la sorte une forte

productivité, une communication poussée entre les nations et une diffusion rapide des nouvelles

technologies.

Concernant le contexte environnemental et énergétique, ce scénario dispose de trois variantes :

A1FI – Energie fossile intensive : exploitation intensive du carbone et des énergies fossiles non

renouvelables (charbon, gaz, pétrole) pour répondre aux besoins domestiques.

A1T – Energie non-fossile intensive : exploitation des énergies propres (huiles, gaz naturel),

des énergies renouvelables (éolien, solaire) et de l’énergie nucléaire

A1B – Utilisation équilibrée des différentes sources d’énergie : aucune source énergétique

n’est prédominante, un équilibre entre énergies fossiles et autres (nucléaires, renouvelables) est

recherché.

Famille A2

Famille B1 Famille B2

A2

B2B1

Biaisée Economique

Biaisée Régionale

Biaisée Environnement

Biaisée Monde

Famille A1

Fossile intensif

Non fossile

Equilibré

A1FI

A1T

A1B SRES

- Démographie mondiale et régionale - Interactions sociales et culturelles - Mondialisation économique - Développement économique mondial et régional - Préoccupation environnementale mondiale et régionale - Ressources naturelles - Equilibre entre les choix économiques, sociaux, technologiques et environnementaux fait par les consommateurs, les gouvernements et les entreprises

15

  Scénario SRES A2

Le scénario SRES A2 décrit un monde très hétérogène. Chaque pays dépend de ses propres

ressources et les interactions économiques, sociales et culturelles entre les régions sont peu

importantes.

Ce scénario suggère une très forte croissance démographique, avec une population mondiale

atteignant les 15 milliards d’individus en 2100, de par un taux de natalité sans cesse croissant.

Il envisage également très peu d’interactions entre les pays : les populations et les idées sont peu

mobiles et les progrès technologiques ne se diffusent pas. Les différences entre les pays

industrialisés et les pays en voie de développement s’accentuent.

Les interactions sont également faibles entre les régions. Les entreprises s’adaptent aux ressources

locales. Dans certaines régions, les terres agricoles sont surexploitées ce qui entraîne de forts taux

d’érosion et une pollution accrue des eaux. Les régions pauvres en ressources énergétiques se

tournent vers les technologies post-fossiles (énergies renouvelables et nucléaires) tandis que les

régions riches en énergie s’appuient toujours sur les énergies fossiles.

Par rapport au monde actuel, le scénario SRES A2 définit un monde pour la protection des identités

et contre la mondialisation.

Scénario SRES B1

Le scénario SRES B1 décrit un monde soucieux de l’environnement et tourné vers le

développement durable.

Ce scénario est basé sur la même évolution démographique que le scénario SRES A1. Cependant,

l’environnement y est à l’honneur : développement de technologies propres, diminution des

déchets (politiques de réutilisation et recyclage), transports non motorisés, agriculture raisonnée,

etc.

Il développe également une économie fondée sur le commerce équitable.

Scénario SRES B2

Le scenario SRES B2 décrit un monde à forte cohésion sociale et orienté vers des structures et

institutions locales et régionales.

Ce scénario évoque une forte croissance démographique, bien que plus faible que celle scénario

A2, la population atteignant 10 milliards d’individus d’ici 2100.

Les principales priorités sont le bien-être des individus (programmes d’éducation et d’assistance

sociale), l’égalité et l’environnement (protection, développement et gestion).

Ainsi, chaque scénario permet d’évaluer l’incidence de l’évolution d’un contexte socio-économique

et technologique sur les rejets de GES. Couplés aux modèles climatiques, ces scénarii SRES

permettent de mieux appréhender les changements climatiques. Suite à ces estimations, il est

possible d’informer les politiques et les sociétés sur les risques à venir, afin qu’ils trouvent des

mesures d’adaptation et qu’ils adoptent, dès aujourd’hui, un comportement responsable.

 16

III. PRESENTATION DES ZONES D’ETUDE

A travers cette étude, une tentative d’évaluation des variations climatiques et hydrologiques aux

horizons 2050 et 2100 à l’échelle de plusieurs bassins versants est entreprise afin de connaitre plus

précisément ces évolutions et alors aider les pays à relever ces défis.

La région méditerranéenne comprend plusieurs chaines de montagnes (Pyrénées, Alpes, Alpes

Dinariques, Balkans, Rhodope, Atlas) à partir desquelles de nombreux cours d’eau prennent leur

source, pour se jeter ensuite dans la Mer Méditerranée. Ces derniers divisent le bassin

méditerranéen en plusieurs bassins versants (Figure 4). 58% sont de petite taille (superficie de

moins de 10 000 km²) issus de petits cours d’eau qui peuvent toutefois devenir torrentiels en cas

de tempêtes. Les 42% restants sont composés de 6 grands bassins versants dont la superficie

excède 50 000 km² (Nil, Rhône, Ebre, Pô, Moulouya, Evros) et de 15 bassins versants dont la

superficie dépasse les 10 000 km² (HyMeX, 2008).  

 Figure 4 – Les bassins versants méditerranéens et leur réseau hydrographique

(Plan Bleu, 2003)

1. Localisation géographique

Pour mener à bien cette étude, des bassins versants représentatifs de l’espace méditerranéens ont

alors dû être sélectionnés : idéalement un bassin versant par rive méditerranéenne dont l’exutoire

est en région côtière et dont la surface excède les 1 500 km². En fonction de la disponibilité des

données hydrologiques, six bassins versants ont ainsi pu être retenus (Figure 5) :

- le bassin versant de l’Ebre, situé en Espagne. Il prend sa source dans les monts

cantabriques et se jette dans la mer Méditerranée 930 km plus loin par un grand delta de

320 km² près de Tortosa, en Catalogne.

- le bassin versant du Rhône, situé en France. Celui-ci prend sa source au Saint Gothard

dans les Alpes suisses et se jette dans le Delta de Camargue en France, près de Beaucaire,

Rhône

Nil

Ebre

Pô

Moulouya

Evros

17

  après un parcours de 812 km. Le Rhône détient le second débit le plus important des

fleuves méditerranéens après le Nil.

- le bassin versant du Pô, localisé en Italie. Le Pô prend sa source au pied du Monte Viso, à

2 022 m d’altitude, dans les Alpes occidentales, et se jette 652 km plus loin dans la mer

Adriatique en formant un vaste delta de 380 km², près de Ferrare. Le bassin versant du Pô

est le plus grand et le plus vaste des bassins versants italiens. Il représente près d’un quart

du territoire national (71 060 km²).

- le bassin versant de l’Acheleos, deuxième plus grand bassin versant grec. Celui-ci prend sa

source dans les montagnes Pindos à 2000 m d’altitude et se jette 235 km plus loin dans la

mer Ionic. L’Acheleos est divisé en trois sous bassins : le bassin versant amont (1 100

km²), le bassin intermédiaire dans lequel sont répartis quatre des plus grands barrages

grecs dont le Kremasta, d’une capacité de retenue de 4 750 millions de m3 (3 250 km²),

et le bassin versant aval (1 980 km²). Dans notre étude seul le bassin versant amont sera

retenu.

- le bassin versant du Merguellil, qui se trouve dans le Centre de la Tunisie. C’est un bassin

versant de 2 000 km² qui prend sa source à 1 200 m d’altitude dans les massifs

montagneux du haut plateau de Makthar et se jette dans la plaine de Kairouan, son

exutoire naturel, pour rejoindre la sebka Kelbia et l’oued Zeroud. Il est divisé en deux sous

bassins par le barrage de Kairouan qui constitue l’exutoire « artificiel » du Merguellil. Seul

le bassin en amont du barrage sera retenu dans notre étude.

- le bassin versant de la Moulouya, l’un des plus grands bassins versants Marocains (55 500

km²). Il prend sa source à Alemsid dans la chaine du Haut et du Moyen Atlas et se jette

600 km plus loin dans la mer Méditerranée près de Saïdia.

Bassin Versant - Pays exutoire -

Surface étudiée (km²)

Ebre - Espagne -

83 837

Rhône - France -

102 100

Pô - Italie -

72 560

Acheleos - Grèce -

1 460

Merguellil - Tunisie -

1 120

Moulouya - Maroc -

24 430

Sites d’études Pays de la région Méditerranéenne Pays hors de la région Méditerranéenne Figure 5 – Présentation des zones d’étude

 18

2. Contexte climatique

Ces six bassins versants bénéficient d’un climat dit méditerranéen. Il se caractérise par des hivers

doux (4°C en moyenne) et humides (en moyenne, 25 mm d’évapotranspiration pour 75 mm de

précipitations) et des étés longs, chauds (15°C en moyenne) et secs (en moyenne, 75 mm

d’évapotranspiration pour 50 mm de pluies ; Tableau 1). Toutefois, le climat est plus aride dans le

Sud et à l’Est de la Méditerranée.

Température (°C) Evapotranspiration (mm) Précipitations (mm)

Bassin Versant Hivernale Estivale Hivernale Estivale Hivernales Estivales

Ebre 3 12 25 70 60 44

Rhône 5 15 20 70 90 89

Pô 2 13 20 70 110 100

Acheleos 5 15 30 75 90 30

Merguellil 6 17 30 80 45 20

Moulouya 4 15 30 80 46 9

Tableau 1 – Variation saisonnière des températures, de l’evapotranspiration et des précipitations sur les sites étudiés

Les différences et les propriétés du climat dans le bassin méditerranéen s’expliquent par l’influence

des phénomènes atmosphériques globaux et des caractéristiques régionales du bassin

méditerranéen (Annexe 3).

Les fortes précipitations hivernales sont liées à la température élevée de la mer qui entraine une

importante évaporation, chargeant alors l’atmosphère de vapeur d’eau. Lors de l’interface de ces

masses d’air avec des masses d’air froides provenant, pour les régions du Nord, du Nord de

l’Europe (Oscillation Nord Atlantique), pour les régions du Sud, des Alizés de la branche

descendante de la cellule de Hadley et, pour les régions de l’Est, des vents des moussons africaines

et asiatiques (Figure 6), la masse chaude et humide devient instable. La présence de nombreux

reliefs favorise la montée de cette masse d’air instable et initie les procédés de condensation

(HyMeX, 2008).

Figue 6 – Phénomènes globaux et régionaux influençant le climat méditerranéen

(Somot, 2005)

De plus, les interactions entre les processus océaniques, atmosphériques et hydrologiques sont à

l’origine d’évènements extrêmes qui affectent régulièrement le bassin méditerranéen, tels que de

fortes précipitations, engendrant des crues soudaines, des vents violents, des cyclones et des

sécheresses (HyMeX, 2008 ; Li et al., 2006 ; Giorgi et al., 2008).

19

  3. Contexte hydrologique

Les régimes hydrologiques des cours d’eau méditerranéens varient dans le temps de par les

variations saisonnières des températures et des précipitations (Tableau 2). Au cours de la période

estivale, les étiages sont particulièrement sévères. Les débits atteignent leurs plus faibles valeurs

suite aux forts taux d’évapotranspiration et au manque de précipitations. Au printemps, les débits

sont les plus importants suite à la fonte des neiges et des glaciers (Pyrénées, Alpes, Pindos,

Makthar, Atlas) mais également en automne où de fortes pluies peuvent se produire provoquant

alors des crues parfois dévastatrices.

Bassin Versant

Période d’observation

des débits

Débit moyen en hiver

(DJF)

Débit moyen au printemps

(MAM)

Débit moyen en été (JJA)

Débit moyen en automne

(SON)

Débit annuel moyen

Ebre 1910-1988 680 520 275 330 425

Rhône 1921-2005 1 475 1 825 1 270 1 600 1 700 Pô 1918-1997 1 600 1870 1 500 1 870 1 560

Acheleos 1978-1990 820 795 630 580 530 Merguellil 1990-2000 30 30 25 30 30 Moulouya 1957-1988 30 35 10 10 30

Tableau 2 – Variations saisonnières des débits interannuels des sites étudiés (en m3/s) Les débits varient également dans l’espace sous l’influence du contexte géographique et

topographique du bassin versant, du type d’aquifère, de l’urbanisation et des aménagements mis

en place.

4. Contexte hydrogéologique 

Suite à plusieurs évènements tectoniques et géologiques, différents types d’aquifères se sont mis

en place en méditerranée (Figure 7).

Au nord de la Méditerranée se trouvent essentiellement des aquifères carbonatés karstiques,

sources majeures d’eau de par leur drainage pérenne comme c’est le cas pour l’Ebre, le Rhône et

l’Acheleos. Au proche orient, les aquifères sont principalement des aquifères sédimentaires, c'est-

à-dire des aquifères profonds, confinés ou non, à l’origine de grandes réserves d’eau mais

difficilement exploitables (« eaux fossiles »). Au sud de la Méditerranée, des aquifères alluviaux se

sont mis en place. Ces aquifères sont situés dans les vallées et les deltas des principaux cours

d’eau et sont capables de contenir des eaux souterraines profondes et captives, comme c’est le cas

pour le Merguellil et la Moulouya. Puis, le long des côtes et en contact direct avec la mer, comme le

Pô et le Nil, se trouvent des aquifères dit détritiques.

 20

 Figure 7 – Structures hydrogéologiques du bassin méditerranéen

(Plan Bleu, 2003)

5. Urbanisation et aménagements

Il est estimé que deux tiers de la population des pays méditerranéens vivent le long de côtes

(Annexe 3) et plus particulièrement le long des grands fleuves (Nil, Pô, Ebre, Rhône, Evros,

Moulouya) (Tableau 3 ; Agoumi, 2003). Pour répondre aux besoins des populations (production d’eau

potable, production hydroélectrique, irrigation des cultures, prévention des inondations, etc.) à des

coûts économiques acceptables, de nombreuses infrastructures sont aménagées sur les cours d’eau

(Tableau 3). Toutefois, toute modification climatique peut avoir des répercussions drastiques sur ces

structures et sur les fonctions des régions côtières ainsi que sur les biens et les services qu’elles

procurent (diminution de la production hydroélectrique, envasement des barrages, évolution du

tourisme, etc. ; EEA, 2007a).

Bassin versant Population Aménagements

Ebre 2.753 millions 140 centrales hydroélectriques d’une production totale de 3.576 M kWh/an

Rhône 8.36 millions 19 barrages 19 centrales hydroélectriques d’une capacité totale de 15 G kWh/an 14 écluses

Pô 15.425 millions 1 barrage hydroélectrique, Isola Serafini d’une capacité totale de 76 M kWh/an

Acheleos 200 000 4 barrages hydroélectriques dont le Kremasta d’une production de 850 M KWh/an

Merguellil 550 000 Barrage de Kairouan d’une capacité de retenue de 331 millions de m3

Moulouya 1.85 millions 5 barrages dont le barrage Mohamed V, d’une production de 85 M kWh/an et d’une capacité de retenue de 331 millions de m3

Tableau 3 – Population et principaux aménagements des sites d’études (d’après AquaMoney, 2006 ; Bachta et al., 2005 ; Batalla et al., 2004 ; CNR, 2009 ; Georgakakos et al., 1997 ;

Plan Bleu, 2008c ; SEE, 2009) L’ensemble des bassins versants sélectionnés ont des caractéristiques physiques assez homogènes

et représentent bien les particularités climatologiques de la région méditerranéenne (Annexe 3). A

travers cette première synthèse géographique, la vulnérabilité de la région méditerranéenne aux

changements climatiques, et alors de nos sites d’études, ressort. Afin de connaître plus finement

l’évolution du climat en Méditerranée et de déterminer des scénarii d’impacts sur les ressources en

eau, il est donc important d’entreprendre des travaux de modélisation régionale du bassin

méditerranéen.

Rhône

Ebre

Pô

Moulouya

Acheleos

Merguellil

21

 CHAPITRE 2

MODELISATION DES CHANGEMENTS CLIMATIQUES AUX HORIZONS 2050 ET 2100

I. PRESENTATION DES DONNEES DE L’ETUDE

Afin d’évaluer les impacts prévisibles du changement climatique sur les ressources en eau,

l’exploitation d’un outil de modélisation s’avère indispensable. L’étude portant sur de grands

bassins versants (plus de 10 000 km²), elle s’est orientée vers l’utilisation d’un modèle conceptuel,

fonctionnant au demi-degré carré (Figure 8) et mis en œuvre à l’occasion d’études d’impacts

similaires en Afrique de l’Ouest (Ardoin-Bardin, 2004).

Cours d’eau Limite du bassin versant Maille (0.5° x 0.5°) Surface du bassin versant sur la maille

 

Figure 8 – Découpage au demi-degré carré d’un bassin versant

 

Pour que le modèle exploité fonctionne, celui-ci nécessite en entrée des données mensuelles de

précipitations, d’évapotranspiration et de teneur en eau du sol au demi- degré carré et des

données mensuelles du débit à l’exutoire.

En temps normal, il serait d’usage, pour ce genre d’étude prospective, de collecter et d’exploiter

des données de température et de précipitations issues de scénarii climatiques. Ces données sont

préférables car elles subissent des corrections apportées par des scénarii de stabilisation qui

« préfigurent des mesures de limitation des concentrations des gaz à effet de serre et des aérosols

sulfatés, et analysent l'inertie du système climatique » (Escrime, 2007), les rapprochant de

l’observable. Or, ces données n’étant pas disponibles, les données brutes de plusieurs modèles

climatiques globaux qui simulent l’évolution du climat de nos jours à 2100 sur notre zone d’étude

ont été collectées puis mises en forme.

 22

1. Construction des grilles de température et de précipitations

a) Grilles rétrospectives (1900 – 2000)

Les grilles de température et de précipitations de 1900 à 2000 ont été obtenues auprès de l’Unité

de Recherche Climatologique (CRU) de l’Université d’East Anglia à Norwich, Angleterre, au pas de

temps mensuel et au pas du demi-degré carré sur toute la région méditerranéenne.

Le CRU récupère les données du National Climatic Data Centre, du Global Historical Climatology

Network (GHCN) et du UK Meteorological Office puis leur fait subir un contrôle de qualité pour

pouvoir les compiler. Ainsi, les stations avec moins de 20 ans de mesures sont exclues et les

données ne répondant pas aux critères de qualité sont supprimées et remplacées par des

moyennes de séries. Puis, le globe est divisé en régions selon un indice de corrélation des

distances (Correlation Decay Distance, CDD). Les données des stations sont ensuite extrapolées au

demi-degré carré à ces régions, aussi bien pour les longitudes que les latitudes, via la fonction

Spline. Cette méthode consiste à minimiser le Generalized Cross Validation (GCV), c’est à dire

minimiser le carré de la différence entre chacun des postes, défini par un poids (variance estimée

par le nombre d’années), et la surface de mesure (Ardoin-Bardin, 2004 ; Hutchinson, 1994 ; New et al.,

1999). Les différentes régions sont ensuite réunies pour constituer les grilles de température et de

précipitations entrant dans le modèle.

b) Grilles prospectives (2001 – 2099)

Les grilles de température et de précipitations de 2001 à 2099 sont issues des données en grille de

trois modèles climatiques globaux.

Pour aider la réalisation de projets scientifiques, le GIEC met à disposition gratuitement les

données climatiques des 23 AOGCMs exploités dans son dernier rapport paru en 2007 (IPCC,

2008b). Dans le cadre des études sur les changements climatiques initiés par le laboratoire

HydroSciences Montpellier (Ardoin-Bardin, 2004 ; Roubinet, 2006), l’exploitation des simulations d’un

AOGCM était validée si ce dernier disposait de données (i) sur l’ensemble de la zone étudiée, (ii)

pour les scénarii d’émissions de gaz à effet de serre sélectionnés et (iii) sur l’intégralité de la

période prospective choisie.

Concernant la région méditerranéenne, trois AOGCMs ont ainsi pu être retenus :

‐ CSIRO-MK3.0 (CSMK3.0 ; CSK) : ce modèle australien a été créé par le « Commonwealth

Scientific and Industrial Research Organization » dans le but d’étudier les processus

physiques qui régissent le climat et pour ainsi mieux appréhender les variabilités

climatiques. Le détail de son fonctionnement est donné par Gordon et al. (2002). Sa

résolution spatiale est de 1.875°x1.875° ;

‐ ECHAM5 (ECH) : ce modèle a été développé par l’institut allemand « Max Plank Institute for

Meteorology » dans le but de réduire la sensitivité atmosphérique aux variations de

température et la sensitivité océanique aux variations du vent de son prédécesseur

ECHAM4-OPYC3. Sa résolution est de 1.875°x1.875° et ses caractéristiques sont

développées par Jungclaus et al. (2006) ;

23

  ‐ HadCM3 (HAD) : ce modèle anglais a été créé par le « Hadley Centre for Climate

Prediction and Research » pour la modélisation climatologique et les prévisions

météorologiques locales. Sa résolution spatiale est de 2.5°x3.75° et le détail de sa

structure et de son fonctionnement sont développés par Pope et al. (2000).

Les données au pas de temps mensuel de ces trois modèles ont été extraites pour le scénario SRES

A1B, scénario prospectif modéré et exploité par le Plan Bleu dans ses travaux, mais aussi pour les

scénarii SRES A2 (scénario pessimiste) et B1 (scénario optimiste) pour avoir une meilleure vision

transversale des modifications à venir. Cependant, les données étaient aux dimensions et à la

résolution du modèle climatique sélectionné. Via le logiciel FERRET, logiciel d’analyse et de

visualisation de données créés par le Thermal Modeling and Analysis Project (TMAP) de la

NOAA/PMEL (Ferret, 2009), il a alors fallu extraire les données pour la fenêtre de la région

méditerranéenne et effectuer une interpolation linéaire simple (approximation d’une valeur à partir

de deux proches voisins) pour obtenir une grille au demi-degré carré.

2. Construction des grilles d’évapotranspiration

Pour calculer l’évapotranspiration (ETP) il existe plusieurs méthodes : des méthodes directes (bacs

évaporant par exemple), indirectes (méthodes faisant appel au bilan d’énergie, d’eau ou de

transfert de masse) ou empiriques. Ces dernières méthodes reposent sur des formules

mathématiques qui établissent des relations entre les phénomènes atmosphériques (radiations

mensuelles, vent, pression de vapeur d’eau, etc.) et l’ETP (Musy, 2005).

Parmi les nombreuses formules empiriques, la méthode de Thornthwaite s’est avérée la plus simple

du fait de la disponibilité des données (grilles de température aux bonnes échelles spatio-

temporelles essentiellement). Dans son estimation de l’ETP, Thornthwaite suppose des mois fictifs

de 30 jours et une durée théorique d’ensoleillement de 12 heures sur 24. La température est la

seule variable atmosphérique considérée (Réméniéras, 1986). D’ailleurs, pour des températures

négatives, la formule n’est pas applicable. Dans ces cas là, l’ETP est alors estimée nulle.

Les grilles d’ETP observées et simulées sont alors obtenues à partir des grilles de température par

les relations suivantes :

Avec t, la température moyenne en °C pour le mois considéré;

a, une fonction de l’indice thermique annuel donnée par la relation :

Avec I, l’indice thermique annuel qui est égal à la somme des 12 indices thermiques mensuels, i,

donné par la formule :

 24

3. Construction des grilles de capacité en eau des sols (WHC)

Les grilles de capacité en eau des sols ont été réalisées à l’échelle des bassins à partir de la carte

des sols de la FAO (Dieulin, 2005). Il s’agit d’une carte de la couverture pédologique dans le monde

qui définit sept classes de profondeur d’infiltration en fonction de la granulométrie des sols et de la

profondeur racinaire (Tableau 4). Aucune eutrophisation des sols n’est prise en compte.

Classe Capacité de rétention en eau (mm) A > 200 B 150 – 200 C 100 – 150 D 60 – 100 E 20 – 60 F 0 - 20

Wetlands N. C. Tableau 4 – Classification des sols selon la capacité de rétention en eau

(d’après Dieulin, 2005) La FAO ne donne aucun renseignement quant à la valeur de capacité en eau attribuée à la classe Wetlands (zones humides). Afin de garder une certaine homogénéité avec les travaux du laboratoire HydroSciences Montpellier (Ardoin-Bardin, 2004), une valeur de 1 000 mm y est associée.

La grille au demi-degré carré est appliquée aux bassins versants et pour chaque maille du bassin

versant considéré, un pourcentage de présence de l’unité de sol est associé à chacune des classes

à trois niveaux (limite inférieure, limite supérieure et moyenne arithmétique de ces dernières). Puis

une moyenne surfacique pondérée de la valeur de ces champs est effectuée. Ces moyennes sont

ensuite additionnées afin de n’obtenir qu’une seule valeur de capacité en eau par maille.

4. Données hydrologiques des bassins versants retenus

Pour connaître les variations des écoulements aux horizons 2050 et 2100, il est nécessaire de caler

le modèle sur des années où le débit a déjà été mesuré afin de lui permettre de reproduire le bilan

hydrique de chaque bassin versant. La collecte de données hydrologiques sur des années passées

c’est donc avérée indispensable.

Dans un premier temps, des données grilles fournies par le Centre Européen des Prévisions

Météorologiques à moyen terme (ECMWF) ont été exploitées (ECMWF, 2005). Celles-ci consistaient

en des grilles au demi-degré carré de hauteur d’eau sur l’ensemble du bassin méditerranéen. Or,

lorsque ces hauteurs d’eau ont été rapportées à un débit à l’exutoire, le débit calculé ne

correspondait pas au débit mesuré par une station hydrométrique au même exutoire. Dès lors, ces

données ont été abandonnées pour la poursuite de l’étude. Nous avons donc seulement retenu des

données de débit moyen mensuel, mesurées aux stations hydrométriques situées sur les cours

d’eau concernés.

Les sources de ces données sont multiples.

Les données hydrologiques de l’Ebre, du Pô et de l’Acheleos ont été fournies par le « Global Runoff

Distribution Centre » (GRDC). Il s’agit d’un centre de collecte de données hydrologiques à l’échelle

mondiale avec l’appui de l’Organisation Météorologique Mondiale (WMO), qui a pour but d’aider la

recherche scientifique sur les changements climatiques globaux et la gestion intégrée des

ressources en eau. Pour cela, le GRDC récupère les données hydrologiques auprès de services

régionaux et nationaux qui les collectent à l’échelle de leur territoire. Par exemple, les données des

25

  cours d’eau français lui sont fournies par le Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la

Prévision des Inondations (SCHAPI, service du Ministère de l'Ecologie et du Développement

Durable), puis les met gratuitement à disposition des équipes scientifiques (GRDC, 2008).

Les données du Rhône ont été fournies par la Banque Hydro, centre de collecte de données

hydrologiques pour les cours d’eau français. Celui-ci récupère les données du SCHAPI qui les

obtient des services de l’Etat, d’organismes de recherche et de compagnies d’aménagement. Ces

derniers se doivent d’installer des stations de mesure en rivière, de recueillir les données, de les

vérifier et de veiller à leur qualité (Banque Hydro, 2007).

Enfin les données hydrologiques du Merguellil et de la Moulouya sont issues du Système

d’Informations Environnementales sur les Ressources en Eau et leur Modélisation (SIEREM). Les

données du SIEREM proviennent de la base de données de l’ancien laboratoire d’Hydrologie de

l’ORSTOM et sont régulièrement mises à jour à l’occasion de programmes de recherche (SIEREM,

2009).

Cependant, au cours des premiers travaux de modélisation, le modèle n’a pas su reproduire le

bilan hydrique du bassin versant de l’Acheleos et du Merguellil. Sans doute à cause de la petite

taille des bassins versants (moins de 1 500 km²), ou des données de capacité en eau des sols non

adaptées aux surfaces des mailles recouvertes, ou encore à cause de données hydroclimatiques

observées incorrectes. Dès lors, ces deux bassins versants ont du être abandonnés dans la suite de

l’étude.

5. Fiabilité de la banque de données

L’ensemble des données proviennent donc de sources très variées. Une fois la banque de données

sur le bassin méditerranéen constituée, une critique de cette dernière devrait être réalisée afin

d’éliminer les erreurs, connaitre les limites (homogénéité, répartition dans l’espace, etc.) et alors

améliorer les performances des modèles hydrologiques. Les données simulées par les modèles

climatiques devraient également être comparées aux données observées pour les dernières années

passées (1960-2008) afin d’estimer la fiabilité des modèles climatiques. Malheureusement, faute

de temps, aucune critique ni comparaison des données brutes n’a pu être accomplies. Toutes les

données exploitées ont été supposées de bonne qualité.

Après la collecte des données, un long travail de mise en forme des données a été réalisé afin que

le modèle hydrologique puisse s’exécuter correctement les données et simuler les

évapotranspirations, précipitations et écoulements de surface futurs. Cependant, puisque les

données exploitées sont issues de modèles climatiques globaux qui représentent et prennent en

compte différemment les phénomènes physiques et les forçages2 qui régissent le climat, seules les

tendances évolutives de ces trois variables pourront être extraites.

                                                             2 Les forçages sont l’ensemble des phénomènes naturels ou anthropiques participant à l’émission de gaz à effet de serre.

 26

II. LA MODELISATION HYDROLOGIQUE : UN OUTIL POUR EVALUER LES IMPACTS DU CHANGEMENT CLIMATIQUE 1. Les modèles hydrologiques

Dès lors que l’on s’intéresse à des problématiques relatives à la gestion des ressources en eau, la

modélisation du comportement hydrologique d’un bassin versant ou d’une région est

incontournable. Elle consiste à représenter, sous forme d’équations mathématiques, les

mécanismes de transfert entre les différents compartiments du cycle de l’eau (Moussa, 2008).

Pour répondre à ces besoins, il existe plusieurs types de modèles qui peuvent être classés de

différentes manières. La Figure 9 présente l’une de ces nombreuses classifications.

  

Figure 9 – Les différents types de modèles hydrologiques Arborescence complète Arborescence non développée

(Bernardara, 2007)

Dans le cadre de cette étude, seuls les modèles hydrologiques conceptuels globaux sont abordés

car plus simples d’utilisation et mieux adaptés au projet (a priori mailles adéquates aux dimensions

des bassins versants et nécessitant peu de données par rapport à une approche physique ou

mécaniste).

Les modèles hydrologiques conceptuels globaux schématisent le cycle hydrologique et, à partir de

données d’observations, établissent des relations pluie-débit empiriques, sans lien particulier avec

des lois physiques, pour ensuite simuler le bilan hydrique sur des périodes de temps plus ou moins

longues (Figure 10). Ces modèles sont plus particulièrement caractérisés par (i) leur division en

unités dites « homogènes » en termes de caractéristiques physiques et/ou en termes de

fonctionnement hydrologique du bassin versant, (ii) la connexion ou non de ces unités entre elles,

(iii) les entrées du système (généralement les précipitations et l’évapotranspiration (ETP)), (iv) les

relations empiriques qui relient les entrées aux sorties, (v) l’état initial et les conditions aux limites

du système, et (vi) les sorties (généralement les débits observés qui permettent de « caler » et de

« valider » le modèle) (Gnouma, 2006 ; Morin, 1991). 

 

 

 

27

   

 

 

Figure 10 – Schéma de fonctionnement d’une chaîne de modélisation semi-global de la relation pluie-débit

(Ardoin-Bardin, 2004) Exemple de fonctionnement du modèle employé pour le bassin versant du Sénégal à Bakel ; WHC – capacité en eau du sol ; ETP – évapo-transpiration potentielle ; ETR – evapotranspiration réelle

Afin de suivre plus précisément l’état et l’évolution des ressources en eau du bassin méditerranéen

aux horizons 2050 et 2100, le modèle Génie Rural à 2 paramètres au pas de temps Mensuel

(GR2M) sera exploité dans le cadre de cette étude.

2. Présentation du modèle GR2M

Le modèle GR2M est un modèle hydrologique conceptuel global développé par le CEMAGREF. Il

fonctionne au pas de temps mensuel et ne comporte que deux paramètres de calage, X1 et X2

(Annexe 4). Le premier paramètre de calage, X1, est le paramètre de réglage de la fonction de

production. Il gère la capacité de production du réservoir, c'est-à-dire qu’il détermine la répartition

des volumes précipités entre infiltration et écoulement. Le second paramètre, X2, est le paramètre

de réglage de la fonction de transfert. Il permet de déterminer la part du volume des eaux écoulées

se retrouvant à l’exutoire, donc de chiffrer le débit délivré par le réservoir (Ardoin-Bardin, 2004 ;

Lavabre, 1997 ; Lerat et Mathevet, 2008 ; Mouelhi et al., 2006).

Le modèle GR2M permet donc de calculer les lames d’eau écoulées en surface. Un suivi du bilan

hydrique peut donc en être tiré. De plus, son atout est qu’il peut évaluer ces bilans à différentes

échelles (bassin versant, une maille, plusieurs mailles). Dans le cadre de cette étude, le bilan

hydrologique sera évalué à l’échelle de plusieurs mailles.

Cette utilisation par maille rend alors ce modèle compatible avec les scénarii proposés par les

modèles climatiques globaux du GIEC et permettront vraisemblablement d’améliorer les scénarii

prospectifs (Lerat et Mathevet, 2008 ; Roubinet, 2006).

 28

3. Paramétrisation du modèle GR2M

Pour procéder à des simulations de débits aux horizons 2050 et 2100, il est nécessaire d’optimiser

le modèle sur des périodes où les débits sont connus afin de s’assurer que le modèle reproduise au

mieux le comportement du bassin.

Pour cela, au cours d’une phase dite de calage, le modèle GR2M effectue une série d’analyses et

d’ajustements à l’aide de deux méthodes d’optimisation (Méthodes de Rosenbrock et du Simplex ;

citées par Ardoin-Bardin, 2004). Cette optimisation est ensuite évaluée par l’intermédiaire du

critère de Nash, défini par (Nash & Sutcliffe, 1970) :

Avec Qi

o, le débit mensuel observé ; Qic, le débit mensuel calculé ; Qi

m, le débit moyen mensuel

observé et i le mois considéré.

Le critère de Nash quantifie la précision des simulations : en se rapprochant de 100%, il indique

une bonne corrélation entre les débits calculés par le modèle et les débits observés. Cette fonction

permet d’analyser la sensibilité du modèle et de juger de sa qualité d’ajustement. Ainsi, la phase

de calage consiste à sélectionner les deux paramètres X1 et X2 maximisant le critère de Nash.

Ensuite, une phase dite de validation permet de vérifier la validité des paramètres sélectionnés en

appliquant le modèle sur une autre période d’observations.

Les séries hydrologiques peuvent influencer la détermination des paramètres X1 et X2. Il est donc

nécessaire d’identifier dans un premier temps les meilleures périodes de calage/validation. Pour

cela, plusieurs tests ont été appliqués sur les échantillons de données disponibles :

- un premier test a consisté à consacrer le premier tiers des données observées pour le calage et

les deux derniers tiers pour la validation ;

- un second découpage a consacré les deux premiers tiers au calage et le dernier tiers à la

validation ;

- enfin, un dernier test prenant en compte les ruptures des séries hydrologiques a été réalisé. Ce

test consiste à caler le modèle sur les années précédant la rupture et à le valider sur les années

ultérieures. Les périodes de rupture ont été identifiées à l’aide du logiciel Khronostat, créé par le

laboratoire HydroSciences Montpellier. Celui-ci regroupe plusieurs tests statistiques (test de

Pettitt, statisitque U de Buishand, segmentation de Hubert) permettant de détecter des éventuels

changements de comportement dans une série hydrologique (Tableau 5).

29

 

Bassin Versant

Période testée

Ruptures identifiées par les différents tests statistiques Rupture présumée

suite aux tests Buishand Pettitt

Lee & Heghinian

Hubert

Ebre 1910-1935 R 1919 1919 1910-1919 1920-1935

1919

Ebre2 1953-1988 R 1972 1979

1953-1958 1959-1960 1961-1979 1980-1988

1979

Rhône 1921-2005 A A 1921 1921

1922-2005 -1

Pô 1918-1979 A A 1975 - -

Pô 1986-1997 A A 1991 - -

Moulouya 1957-1988 R 1979 1979

1957-1962 1963

1967-1979 1980-1988

1979

Tableau 5 – Moments présumés des ruptures sur les séries hydrologiques par Khronostat A = Série aléatoire R = Rupture détectée «-» test non appliqué

1 Aucune date de rupture n’a été retenue pour le Rhône car seuls deux tests sur quatre en détectent une. L’année détectée par ces deux tests correspond sans doute à un artéfact numérique ou à une année exceptionnelle. 2 Deux périodes ont été testées pour l’Ebre car aucune donnée n’est disponible de 1936 à 1952.

A partir des résultats des différents découpages (Tableau 6), il peut être remarqué que la prise en

compte des périodes de rupture pour le calage et la validation du modèle n’est pas un choix

judicieux ici puisque les critères de Nash obtenus sont médiocres (moins de 50%). De meilleurs

résultats sont obtenus avec les deux autres découpages. En effet, le premier et le second

découpage des séries hydrologiques ont des résultats très proches en calage et validation. En

phase de calage, le modèle représente a priori assez bien les écoulements des quatre bassins

versants pour les deux découpages (Nash supérieur à 60%). En phase de validation par contre les

simulations du modèle se dégradent en particulier pour l’Ebre avec un critère de Nash de 9.7%

obtenu pour le second découpage et un critère de Nash de 35.5% pour le premier découpage. C’est

ce critère qui fait chuter le critère de Nash moyen en phase de validation. Les écoulements de

l’Ebre étant moins bien reproduits avec le second découpage qu’avec le premier, il a donc été

préférable de retenir les périodes de calage et validation ainsi que les paramètres X1 et X2 du

premier découpage.

Découpage 1 1/3 calage

2/3 validation

Découpage 2 2/3 calage

1/3 validation

Prises en compte des ruptures des séries

hydrologiques Critère de

Nash Calage Validation Calage Validation Calage Validation

Moy 61.5 56.0 61.7 46.1 49.1 11.1 Max 68.8 69.2 69.4 69.0 68.8 52.3 Min 54.8 35.5 55.7 9.7 38.1 -47.9 Tableau 6 – Performance du critère d’optimisation en termes de calage et validation

pour les trois découpages En gras, le critère de Nash moyen obtenu pour chaque découpage, pour l’ensemble des 4 bassins versants

 30

4. Phase de calage et validation du modèle GR2M

Pour chaque bassin versant, une phase de calage et une phase de validation sont réalisées dans le

but d’identifier les limites du modèle et alors les nuances à prendre en compte pour les simulations

des débits futurs. Or le modèle présente les mêmes difficultés pour l’ensemble des bassins

versants.

En phase de calage, le critère de Nash varie de 54.8% à 68.8% (Tableau 7). Ce sont des valeurs

assez faibles qui traduisent une qualité moyenne du modèle à représenter les débits observés.

Bassin versant

SURFACE (km²)

PERIODE CALAGE

PERIODE VALIDATION

X1 X2 NASH CAL

NASH VAL

Ebre 83 837 1915-1935 1954-1988 0.673 0.652 54.8 35.5 Rhône 102 097 1923-1949 1950-2002 0.781 0.533 66.5 67.0

Pô 72 559 1920-1944 1945-1998 0.788 0.401 56.1 52.3 Moulouya 24 434 1959-1968 1969-1988 0.326 0.642 68.8 69.2

Tableau 7 – Résultats retenus en calage et validation pour les quatre bassins versants

En effet, malgré une assez bonne simulation de la dynamique générale des écoulements par le

modèle, celui-ci montre de réelles difficultés à reproduire les phases de tarissement. Celles-ci sont

régulièrement plus longues d’un mois. Les étiages de l’Ebre, du Rhône et du Pô sont par ce biais

souvent sous-estimés de 150 m3/s en moyenne, bien que les étiages les plus faibles soient

surestimés, comme en 1932 ou en 1940 par exemple (Figure 11).

Figure 11 – Hydrogrammes mensuels observés et calculés en calage

pour le bassin versant du Pô entre 1923 et 1940

Le modèle a également du mal à reproduire les pointes de crue. Les volumes écoulés sont très

régulièrement sous-estimés de 35 m3/s en moyenne pour les bassins versants de la Moulouya et

du Pô et de 550 m3/s en moyenne pour l’Ebre et le Rhône (Figure 12).

31

 

Figure 12 – Hydrogrammes mensuels observés et calculés en calage

pour le bassin versant du Rhône entre 1934 et 1945

En phase de validation, le critère de Nash s’améliore pour le bassin versant du Rhône et le bassin

versant de la Moulouya de 0.45 points. Cette faible amélioration s’explique par une meilleure

simulation des pointes de crue par le modèle comme en témoigne la figure 13.

Figure 13 – Hydrogrammes mensuels observés et calculés en validation

pour le bassin versant de la Moulouya entre 1971 et 1986

Pour les bassins versants du Pô et de l’Ebre, le critère de Nash se dégrade de 4 et 19 points

respectivement. Ces résultats s’expliquent par une sous-estimation des périodes d’étiages de 95

m3/s en moyenne et par une simulation de phase de décrue toujours plus longue. Quant aux

pointes de crue, elles sont surestimés de 250 m3/s pour l’Ebre et sous-estimées de 950 m3/s pour

le Pô, en moyenne (Figure 14).

 32

Figure 14 – Hydrogrammes observés et calculés en validation

pour le bassin versant de l’Ebre entre 1960 et 1970

Ainsi, malgré un respect de la dynamique des écoulements par le modèle GR2M, celui-ci montre

certaines difficultés à représenter les hydrogrammes observés. Les périodes d’étiages sont

fréquemment plus longues d’un mois et les volumes écoulés au cours des crues sont souvent sous-

estimés. Les relations pluies-débit établies par le modèle GR2M pour chaque bassin versant et les

limites de modélisation prises en compte, il est dès lors possible d’utiliser le modèle pour simuler

les écoulements de surface aux horizons 2050 et 2100.

33

  III. LES IMPACTS POTENTIELS DU CHANGEMENT CLIMATIQUE SUR LES RESSOURCES EN EAU

Au cours du travail de modélisation prospective, il a pu être remarqué que l’ensemble des modèles

climatiques présentaient des tendances similaires. Les différences d’évolution ne varient que de

quelques pourcent. Les prospections selon plusieurs scénarii SRES n’entraînent guère plus de

différences également. Dès lors, seules les tendances évolutives selon le scénario SRES A1B,

scénario tendanciel de référence du Plan Bleu, et selon le modèle climatique aux résultats

intermédiaires par rapport aux deux autres modèles, précisé au fur et à mesure, seront présentées

au travers des figures.

1. Evolution de l’évapotranspiration

Avant de s’intéresser aux fluctuations de l’évapotranspiration (ETP) aux horizons 2050 et 2100,

une première étude portant sur les variations de la température a été réalisée à partir de trois

cellules représentatives de chaque bassin versant (une en amont, une au centre et une en aval).

Cette étude a montré que les modèles climatiques ECHAM5, CSMK3.0 et HadCM3 prévoient une

hausse des températures à l’horizon 2050 de +5 à +8°C pour les quatre bassins versants étudiés,

augmentation qui pourrait atteindre les +10°C à l’horizon 2100. Les mois d’hiver, aux

températures habituellement négatives, se retrouvent à des températures avoisinant les +10°C en

moyenne et les périodes estivales frôlent les +25°C en moyenne, au lieu de +15°C, pour les

bassins versants nord méditerranéens et les +35°C pour le bassin versant de la Moulouya, au lieu

de +18°C.

Or, le GIEC (2007a) et Giorgi et Lionello (2008) prédisent une hausse des températures pour les

trois scénarii SRES B1, A1B et A2 bien moins importante. Selon ces études, à l’horizon 2020,

l’ensemble des modèles climatiques prédit une hausse de la température de l’air dans le bassin

méditerranéen de 1°C (Annexe 5). D’ici 2050, le scénario SRES B1 envisage une hausse des

températures de l’air de +2,5°C pour les régions côtières. Il en est de même pour le scénario SRES

A2 concernant la France, l’Egypte, la Tunisie et la Turquie. Sinon les scénarii SRES A2 et A1B

simulent une hausse de la température de l’air de +3°C. A l’horizon 2100, la température de l’air

devrait encore augmenter de 2°C. Ainsi, les modèles climatiques retenus dans notre étude tendent

à surestimer les variations de température. Ces résultats préliminaires soulignent la grande

prudence avec laquelle les simulations de nos modèles doivent être exploitées.

L’ETP calculée par la formule de Thornthwaite, étant étroitement liée à la température (Réméniéras,

1986), devrait alors suivre les fluctuations de celle-ci prévues par les trois modèles climatiques. Sur

l’ensemble de l’année, la hausse des températures se traduit par une augmentation de l’ETP de 1 à

3 mm/mois à l’horizon 2050, et de 5 mm/mois supplémentaires à l’horizon 2100.

C’est au cours des mois de novembre à mars que les trois modèles simulent les écarts les plus

importants pour les trois bassins versants nord méditerranéens. A l’horizon 2050, L’ETP croît d’un

facteur de 2 à 5 (+120 à +230%), soit de 0.6 à 0.8 mm/mois, par rapport à la période de

référence 1961-1990, rapportant ainsi les conditions hivernales à un contexte printanier ou

d’automne (Figure 15).

 34

² Figure 15 – Evolution mensuelle de l’ETP sur le bassin versants du Rhône aux horizons 2050 et 2100

par rapport à la période de référence ; simulations selon ECHAM5-A1B

Ces taux de variation sont très importants car l’ETP de novembre à mars au cours de la période de

référence est très faible, voire quasi-nulle. Si l’on fait abstraction des taux de variation de la saison

hivernale, finalement c’est au cours de la période estivale que les hausses de l’ETP seront les plus

importantes. En effet, de juin à septembre, l’ETP augmente en moyenne de 30% sur les BV nord

méditerranéens et de 65% pour la Moulouya, soit une augmentation de 3 et 8 mm/mois

respectivement à l’horizon 2050. A l’horizon 2100, la hausse de l’ETP se poursuit avec une hausse

supplémentaire d’environ 30% par rapport à 2050, soit une augmentation moyenne de 2 à 5

mm/mois (Figure 16).

Figure 16 – Evolution mensuelle de l’ETP sur le bassin versants de la Moulouya aux horizons 2050 et

2100 par rapport à la période de référence ; simulations selon ECHAM5-A1B

Ainsi, l’ensemble des bassins versants seront affectés par une hausse des températures et donc de

l’ETP, sur l’ensemble de l’année. Toutefois, c’est au cours de la période estivale que l’augmentation

sera la plus forte, en particulier pour le bassin versant de la Moulouya. Ces élévations auront

vraisemblablement des répercussions sur le cycle de l’eau. Selon le GIEC (2007a), ce

réchauffement devrait être responsable de la fonte prématurée des neiges ainsi que de la

diminution des précipitations (neiges et pluies) et alors réduire le taux d’humidité des sols de 5 à

10% dans les zones côtières et de 10 à 15% dans les zones montagneuses.

35

  2. Evolution des précipitations

La hausse des températures devrait également réduire l’humidité relative de l’air et accroître la

charge capacitive d’humidité de l’atmosphère. Le taux de saturation de l’air sera alors plus

important entraînant une diminution de la nébulosité (qui a diminué de 10 à 15% en 50 ans ; Li et

al., 2006). Selon Li et al. (2006) et Agoumi (2003), ceci devrait alors réduire la fréquence des

précipitations (-70 mm/an) et des évènements extrêmes méditerranéens associés, générant donc

des périodes de sécheresses plus longues et plus fréquentes (5 ou 6 périodes de sécheresses tous

les 10 ans contre une par décennie au XXème siècle).

D’après les variations interannuelles des précipitations simulées et les moyennes mobiles associées

sur 10 ans, la diminution des précipitations aux horizons 2050 et 2100 s’avère bien un second

élément caractérisant le changement climatique. L’ensemble des modèles exploités, quelque soit le

scénario d’émission de gaz à effet de serre, prévoit une diminution progressive des précipitations

moyennes, à l’exception du Rhône pour lequel les niveaux observés seront maintenus (Figure 17).

Le modèle ECHAM5 simule même la plus forte diminution pour les quatre bassins versants, avec

des précipitations qui n’atteignent plus jamais les niveaux observés, et le modèle CSMK3.0 semble

le plus optimiste avec la simulation d’une légère augmentation des précipitations moyennes à partir

de 2060-2070.

Figure 17 – Evolution des précipitations annuelles sur 2010-2099 par rapport aux précipitations annuelles observées sur la période 1960-1990 ; simulations selon les trois modèles climatiques avec le scénario A1B

 36

En moyenne, les précipitations annuelles devraient diminuer de 25% pour l’Ebre, de 30% pour le

Rhône et la Moulouya et de 35% pour le Pô à l’horizon 2050 et de 5% supplémentaire à l’horizon

2100, pour les quatre bassins versants. Cette diminution générale devrait se répercuter sur le

régime pluviométrique.

D’après Giorgi et Lionello (2008), l’ensemble des scénarii SRES prédisent une importante baisse

des précipitations pour chaque saison, diminution de -10 à -20% en hiver et en automne, et de -20

à -30% en été (Annexe 6). Ils soulignent également une différence entre les régions du Nord et les

régions du Sud. Les baisses de précipitations moyennes seront plus importantes dans les pays du

Sud (-20 à -30%) que dans les pays du Nord (0 à -10%). Ces observations sont vérifiées par notre

étude.

Les précipitations des bassins nord méditerranéens sont particulièrement réduites au printemps et

en été : -20% pour l’Ebre, -30% pour le Rhône et -35% pour le Pô à l’horizon 2050, avec une

baisse plus importante au mois d’août, -50% pour l’Ebre, -45% pour le Rhône et -70% pour le Pô

(Figure 18). A l’horizon 2100, ces observations s’aggravent pour les scénarii SRES A1B et A2 avec

un déficit supplémentaire de 5% pour l’Ebre et le Rhône et de 15% pour le Pô. Pour le scénario

SRES B1, le régime pluviométrique est identique à celui prévu pour l’horizon 2050.

Concernant le reste de l’année, les conditions pluviométriques d’automne et d’hiver du Pô restent

inchangées. Il en est de même pour l’Ebre excepté au cours du mois de mars, où il semblerait que

les précipitations augmentent d’une dizaine de mm pour les scénarii SRES B1 et A1B et d’une

vingtaine de mm pour le scénario SRES A2, à l’horizon 2050. Cependant, à l’horizon 2100, cette

augmentation s’atténue d’environ 5 et 30 mm/mois pour les scénarii SRES A1B et A2

respectivement par rapport à l’horizon 2050 (Figure 18).

Pour le bassin versant du Rhône, la période hivernale est marquée par une accentuation des

précipitations de 10 %, soit entre 10 et 20 mm/mois, à l’horizon 2050 et de 20% à l’horizon 2100,

quelque soit le scénario SRES (Figure 18). Cette hausse s’explique sans doute du fait que le Rhône

est le seul cours d’eau étudié dont une partie du bassin versant amont soit dans une région où les

changements climatiques seront marqués en termes de hausse des précipitations pendant les

périodes hivernales (+5 à +10% ; IPCC, 2007a).

En revanche, le bassin versant de la Moulouya subit une diminution de plus de moitié (-60%) de

ses précipitations de l’automne jusqu’au printemps, avec la plus forte diminution au mois d’Avril

(-70%) à l’horizon 2050. A l’horizon 2100, cette baisse se poursuit avec un déficit supplémentaire

de 10%, excepté pour le scénario SRES B1 où le régime pluviométrique est identique à celui prévu

pour l’horizon 2050 (Figure 18). Par contre, la période estivale de la Moulouya, habituellement

sèche, s’humidifie. En effet, celle-ci est marquée par une augmentation des précipitations par un

facteur 3, soit une vingtaine de mm en moyenne, à l’horizon 2050 et par un facteur 2, soit une

dizaine de mm en moyenne, à l’horizon 2100 par rapport à la période de référence 1961-1990

(Figure 18).

37

 

 

Diminution importante des précipitations mens. moy. Augmentation importante des précipitations mens. moy.

Figure 18 – Variation des précipitations mensuelles moyennes aux horizons 2050 et 2100 comparées aux précipitations mensuelles moyennes observées sur la période 1960-1990 ; simulations selon HADCM3 avec les scénarii B1, A1B et A2

Malgré une accentuation des résultats par les modèles climatiques sélectionnées pour l’étude, les

tendances évolutives citées dans la littérature sont vérifiées : (i) aux horizons 2050 et 2100,

l’ensemble des régimes pluviométriques sont modifiés, les saisons des pluies s’atténuent et les

périodes plus « sèches » tendent vers une augmentation des précipitations ; (ii) le bassin versant

de la Moulouya, bassin versant sud méditerranéen, subit une plus forte diminution des

précipitations que les bassins versants nord méditerranéens étudiés. Il semblerait alors que,

quelque soit le scénario SRES ou le modèle exploité, on tende vers un assèchement des régimes

pluviométriques des bassins versants. Cela, couplé à la hausse de l’évapotranspiration, réduira

vraisemblablement les écoulements de surface, les taux d’infiltration et alors la recharge des

nappes d’eau souterraines (Bou-Zeid, 2002). Les ressources en eau devront être alors de moins en

moins disponibles.

 38

3. Evolution des écoulements de surface Puisque les précipitations (neiges et pluies) influencent fortement les écoulements, les variations

des régimes pluviométriques devraient alors avoir des répercussions sur le régime hydrologique de

nos bassins versants.

Concernant les variations interannuelles, il peut être constaté, comme pour les précipitations, une

diminution importante des écoulements de surface par rapport aux années de référence 1960-

1990. Pour les bassins versants du Pô, de l’Ebre et de la Moulouya, les diminutions sont telles que

les écoulements n’atteignent plus jamais les niveaux observés. En particulier pour la Moulouya, où

les écoulements deviennent quasiment nuls. Seuls les écoulements du Rhône se maintiennent à

des niveaux observés (Figure 19). Ici aussi, les plus fortes diminutions sont obtenues avec les

simulations du modèle ECHAM5 et les variations les plus optimistes avec le modèle CSMK3.0,

excepté pour l’Ebre où avec le modèle HadCM3, le débit moyen sera proche de celui observé au

cours de la période de référence.

Figure 19 – Evolution des écoulements de surface annuels par rapport aux écoulements de surface annuels observés sur la période 1960-1990 ; simulations selon les trois modèles avec le scénario A1B

39

  En moyenne, d’après l’étude des variations interannuelles des débits, les écoulements du Pô et de

l’Ebre devraient être réduits à l’horizon 2050 de -30 à -55% contre seulement -10 à -25% pour le

Rhône, selon le modèle climatique exploité. A l’horizon 2100, ces tendances se poursuivent : les

débits annuels du Pô et de l’Ebre devraient être réduits de -40 à -70% par rapport aux années de

références 1961-1990 contre -20 à -35% pour le Rhône. Toutefois, les variations les plus

marquantes sont au niveau du bassin versant de la Moulouya. La réduction des précipitations a

d’importantes répercussions sur le régime hydrologique de la Moulouya, celui-ci ne montre plus de

périodes de crue ou d’étiage, mais un écoulement constant quasi-nul (Figure 19 et 20). Cette

inquiétante diminution est sans doute liée à l’exploitation directe des données produites par les

modèles climatiques et non issues de scénarii climatiques (qui correspondent à une correction des

variables climatiques ; voir Chap. 2. I.). Les modèles exploités doivent surement avoir des

difficultés à reproduire les forçages du climat en zone semi-aride. Pour le vérifier, il serait

nécessaire d’exploiter ces données sur d’autres bassins versants sud-méditerranéens.

Les tendances évolutives des précipitations semblent donc bien influencer les tendances évolutives

des débits. Les régimes hydrologiques doivent donc aussi être modifiés.

Pour le bassin versant de la Moulouya, l’évolution constatée se reflète dans le régime hydrologique

avec une réduction des écoulements de surface de -90%. La plus forte diminution du débit est,

comme pour les précipitations, au cours du mois d’Avril (-95 à -100%).

Concernant les bassins versants nord méditerranéens, plus particulièrement pour l’Ebre et le Pô, la

réduction des précipitations entraînent une diminution importante des pointes de crue de 250 à

400 m3/s et de 600 à 1500 m3/s respectivement à l’horizon 2050 (les valeurs variant selon le

modèle climatique retenu). Toutefois, une partie de cette diminution s’explique sans doute par la

sous-estimation des pointes de crue par le modèle hydrologique comme vu au cours de son calage

et de sa validation (voir Chap. 2 II.4.). L’importante baisse des pluies au cours du mois d’août, se

traduit par des périodes d’étiages plus sévères. Les débits de l’Ebre et du Pô sont réduits de -30 à

-80%, soit une réduction des débits de 400 à 900 m3/s pour le Pô et de 50 à 150 m3/s pour l’Ebre

(Figure 20). Mais les périodes d’étiages sont également plus longues de 2 mois, période à nuancer

toutefois car il a été vu lors du calage et de la validation du modèle hydrologique que ce dernier

avait tendance à prolonger les phases de tarissement d’un mois (Chap. 2 II.4.). L’ensemble de ces

tendances se poursuivent à l’horizon 2100 avec un déficit supplémentaire de 10% au cours des

périodes de crues et d’étiages.

Les fluctuations du régime pluviométrique du Rhône influence également fortement son régime

hydrologique. La forte diminution du mois d’août se traduit par une période d’étiage plus longue et

également plus sévère à l’horizon 2050 (-40 à –75%, soit -850 à -1100 m3/s, selon le modèle

climatique), qui diminue encore de 10% à l’horizon 2100. La hausse des précipitations d’octobre à

avril se répercute de janvier à avril par une hausse des écoulements de 450 à 550 m3/s (+30 à

+40%) à l’horizon 2050, hausse maintenue à l’horizon 2100 (Figure 20).

 40

   

 

Figure 20 – Variation des débits mensuels moyens aux horizons 2050 et 2100 comparés aux débits mensuels moyens observés sur la période 1960-1990 ; simulations selon HADCM3 pour la Moulouya, le Pô et le Rhône et selon ECHAM5 pour l’Ebre, avec les scénarii SRES A1, A1B et A2.

Ainsi, les fluctuations des précipitations se répercutent sur les écoulements de surface. Un excès de

précipitations se traduit par une augmentation des débits et inversement. Un décalage dans le

temps des précipitations entraîne également un décalage dans le temps des pics de crue. La

hausse du taux d’evapotranspiration et la diminution des précipitations prévues aux horizons 2050

et 2100 entraîneront alors inévitablement une diminution des débits. Toutefois, ces écoulements

augmenteront ponctuellement, probablement au cours de fortes crues à la suite d’évènements

pluvieux intenses.

41

  4. Synthèse et discussion

A partir de la modélisation hydrologique de quatre grands bassins versants méditerranéens, un

premier état des variations hydroclimatiques aux horizons 2050 et 2100 a pu être établi. Malgré

une hypothèse forte sur la stabilité de la relation pluie-débit dans le futur et l’exploitation directe

des données simulées par les modèles climatiques, certaines tendances ont pu être mises en

évidence.

Aux horizons 2050 et 2100, les quatre bassins versants étudiés seront inévitablement touchés par

une importante hausse des températures et donc du taux d’évapotranspiration. Les périodes

hivernales auront tendance à se rapprocher de périodes printannières ou d’automne actuelles et les

périodes estivales seront beaucoup plus chaudes et plus sèches. Ces deux éléments entraineront

paradoxalement une diminution de l’humidité relative de l’air de par une dilatation de l’atmosphère

pouvant alors contenir une plus grande charge capacitive d’humidité. Ceci réduira alors les

précipitations et la fréquence des évènements extrêmes associés (inondations, crues…), générant

donc de longues périodes de sécheresses (IPCC, 2007a).

Dans les régions nord méditerranéennes, la diminution des précipitations sera particulièrement

marquée au cours de la période estivale, -20 à -30%, ces résultats étant conformes à ceux obtenus

par ailleurs (Caballero et al., 2008 ; Girogi et Lionello, 2008 ; IPCC, 2007a). Au cours de la période

hivernale, les niveaux observés des précipitations, neige et pluie confondues, auront par contre

tendance à se maintenir. Cependant, comme le montre le cas de la Moulouya, rares seront les

années pour les régions sud méditerranéennes où les niveaux observés de 1961 à 1990 seront à

nouveau atteints. Toujours d’après Giorgi et Lionello (2008) et le GIEC (2007a), les précipitations

annuelles devraient être réduites dans le sud à hauteur de -20 à -30% or nous avons mis en

évidence une diminution probable des précipitations de l’ordre de 60%. Cet important écart entre

ces études peut avoir plusieurs origines :

i) le bassin versant de la Moulouya est un cas particulier. Comme nous n’avons pu étudier d’autres

bassins versants situés dans la partie sud Méditerranée, nous ne pouvons pas le vérifier ;

ii) nous avons exploité directement les données simulées par les modèles climatiques. Or, le GIEC

recommande l’application d’un traitement statistique ou dynamique pour corriger les données

AOGCM (élaboration de scénario climatique).

Quoiqu’il en soit les quatre bassins versants étudiées semblent témoigner d’une importante

aridification du bassin Méditerranéen, probablement plus notable dans le Sud. Ceci risquera

d’engendrer, peu à peu, une dégradation des milieux naturels (désertification) et une accentuation

des risques d’incendies ainsi qu’une stagnation des polluants et surtout un déclin des écoulements.

En revanche, les précipitations pourront être localement plus intenses. Des crues rapides et

violentes seront alors à prévoir (IPCC, 2007a ; Giorgi et Lionello, 2008).

Les importantes modifications climatologiques à venir (diminution de la rétention d’eau en hiver

sous forme de neige à cause de la hausse des températures, hausse du taux d’ETP, diminution des

précipitations) auront très probablement des répercussions sur les débits et la disponibilité des

ressources en eau.

 42

D’après l’étude réalisée, les bassins versants nord mediterranéens devraient subir une diminution

des écoulements de -10 à -55%. C’est au cours de la période estivale que les diminutions devraient

être les plus sévères, période aux précipitations les plus faibles, avec une réduction des débits de -

30 à -80%. Au cours des mois hivernaux, les niveaux observés au cours de la période de référence

1961-1990 devraient être maintenus. Cependant, ces réductions seraient bien moins importantes

que dans la région sud méditerranéenne. En effet, l’étude du régime hydrologique du bassin

versant de la Moulouya donne des résultats très inquiétants. La diminution des précipitations et la

hausse de l’évapotranspiration seraient telles que le débit serait quasiment nul. Ces observations

sont alarmantes.

Toutefois, l’évaluation quantitative des effets régionaux du changement climatique sur le cycle de

l’eau doit être exploitée avec précaution. Pour la valider, une critique approfondie de l’ensemble

des données exploitées (ruptures, comparaison observation-simulation, etc.) est impérative ainsi

que l’utilisation d’une formule plus complète et daptée aux conditions locales pour l’évaluation de

l’ETP. L’exploitation d’un modèle hydrologique plus robuste sur la zone méditerranéenne (critères

de Nash - proportion de la variance du débit observé expliqué par le modèle - obtenus en phase

de calage et validation de qualité moyenne) s’avère également indispensable. Enfin, une étude

supplémentaire sur plusieurs bassins versants du sud de la Méditerranée serait souhaitable afin de

pouvoir justifier ou nuancer les évolutions observées pour la Moulouya.

Pour le siècle à venir, la région méditerranéenne subira vraisemblablement une réduction des

ressources en eau : plus d’evapotranspiration, moins de neiges, moins de précipitations, donc

moins d’infiltration, moins d’écoulement de surface mais aussi une baisse des niveaux des nappes

souterraines et de leur recharge. Cet appauvrissement des ressources en eau des pays

méditerranéens et l’amplification de leur variabilité par des sécheresses plus accentuées et plus

fréquentes, couplés aux demandes en eau sans cesse croissantes, vont rendre plus difficile la

satisfaction des besoins en eau pour les différents usages et amplifier les situations de crise et de

pénurie. D’après les projections du Plan Bleu, la demande en eau pourrait encore s’accroître d’une

cinquantaine de km3 d’ici 2025. Cette croissance serait le fait des pays du Sud (+28%) et de la rive

Est (+33%), notamment la Turquie et la Syrie (Blinda et Thivet, 2009). Mais cette croissance devrait

néanmoins être décélérée par la moindre disponibilité des ressources. Le déficit hydrique en région

méditerranéenne semble alors inévitable.

En effet, les changements climatiques seront accompagnés par une importante croissance

démographique, la population mondiale passant de 7 à 15 milliards d’inidividus d’ici à 2100 d’après

les scénarii SRES. La demande en eau ne cessera donc de croître. Arnell (2004) tente d’évaluer

l’impact sur les ressources en eau de la croissance démographique envisagée par les quatre

scénarii SRES, tout en maintenant le contexte politique et économique actuel. Il semblerait qu’à

l’horizon 2050, les bassins versants et les pays Nord méditerranéens ne soient pas en situation de

déficit hydrique, leur capital de ressources en eau naturelles renouvelables étant toujours supérieur

à 1 700 m3/hab/an (Figure 21). Par contre, les pays du Moyen-Orient et du Nord de l’Afrique (MENA)

seront en situation de stress hydrique.

Presque tous les bassins versants des pays du MENA connaîtront une situation de pénurie d’eau,

c’est à dire avec moins de 500 m3/hab/an. Seules la Lybie et la Turquie se distingueraient par leur

43

  situation de « pauvreté en eau », ce qui correspond par définition à des ressources comprises

entre 500 et 1 000 m3/hab/an.

Figure 21 – Evaluation des ressources en eau en Méditerranée à l’Horizon 2050

(d’après Arnell, 2004)

A partir de ces dernières observations et de notre étude, un premier bilan sur l’évolution des

ressources en eau en Méditerranée peut être établi. Aux horizons 2050 et 2100, de par les

changements climatiques, les débits de l’Ebre, du Rhône et du Pô seront certes plus faibles mais ils

seront encore proches des niveaux observés entre 1961 et 1990. Ils permettront encore,

vraisemblablement, de subvenir aux besoins des populations. Néanmoins, le bassin versant de la

Moulouya semble se trouver dans un état critique. Ses écoulements seront a priori fortement

réduits entraînant un risque de pénurie d’eau. Ils ne permettront alors plus de répondre aux

besoins des populations. Or, ces tendances établies pour quatre grands bassins versants

méditerranéens semblent pouvoir se généraliser respectivement aux bassins versants nord et sud

méditerranéens. L’impact du changement climatique sur les ressources varierait donc

régionalement.

Ainsi, le scénario tendanciel annonce une montée inéluctable des problèmes liés à l’eau : le bassin

méditerranéen tend vers une aridification des milieux et les disparités spatio-temporelles des

ressources en eau risquent de s’accroître. Les ressources en eau seront d’autant plus limitées et

moins disponibles. Face à ce scénario tendanciel, un scénario alternatif est possible s’appuyant sur

la mise en place de politiques volontaristes d’utilisation rationnelle de l’eau (ou « gestion de la

demande en eau ») et d’augmentation du potentiel exploitable par une meilleure conservation des

eaux et des sols et par un recours accru à la recharge artificielle des nappes en milieu aride. Les

marges de progrès sont considérables puisqu’une meilleure gestion de la demande permettrait

d’économiser un quart des demandes, soit environ 85 km3 en 2025 (Blinda et Thivet, 2009).

L’identification et le suivi régulier d’indicateurs d’impacts du changement climatique, adaptés à la

région méditerranéenne, afin de suivre et d’anticiper les variations hydrologiques seraient en ce

sens fort utiles à la définition et à la mise en œuvre de telles politiques volontaristes.

 44

CHAPITRE 3 PERSPECTIVES : DES INDICATEURS

D’IMPACTS DU CHANGEMENT CLIMATIQUE

Un indicateur d’impact du changement climatique est « une grandeur établie à partir de quantités

observables et calculables » capable de refléter les interactions complexes entre le climat et les

phénomènes associés. Il doit permettre d’évaluer quantitativement les anomalies climatiques en

termes d’intensité, durabilité, d’extension spatiale et de fréquence (EUWI MED, 2008 ; Victor, 2009).

I. QUELQUES INDICATEURS D’IMPACTS DU CHANGEMENT CLIMATIQUE

1. Des indicateurs météorologiques

Les changements climatiques modifient les phénomènes météorologiques. Une bonne évaluation

des anomalies climatiques passe donc par les éléments régissant le climat. Ainsi, parmi les

indicateurs météorologiques, on peut compter sur :

- la température de l’air, c’est l’un des signes les plus visibles du changement climatique.

La mesure du nombre de jours où le contraste thermique terre-mer excède 2°C serait un bon

indicateur du réchauffement de l’air et de la mer Méditerranée.

- la pression atmosphérique est à l’origine de forces influençant les vents. Le changement de

ces forces et des vents modifiera l’intensité et la fréquence des tempêtes (précipitations, cyclones,

vents).

- le nombre de journées estivales et de nuits tropicales

« La durée moyenne annuelle en jours des épisodes au cours desquels la température diurne

dépasse les 40°C » (Plan Bleu, 2008a) ainsi que le nombre de nuits tropicales, c'est-à-dire les nuits

où la température dépasse 20°C, pourront être répertoriées (ONERC, 2008).

Ces indicateurs sont pertinents puisque, étant directement liés à la température de l’air, une

évolution devrait être perçue (intensification des vagues de chaleur et diminution des vagues de

froid).

- les précipitations : déficits et pluies diluviennes

Avec le réchauffement global, les précipitations (pluie, grêle, neige) seront de moins en moins

fréquentes en région méditerranéenne. Il existe des indices, Standardized Precipitation Index (SPI)

ou encore le Rainfall Anomaly Index (RAI), qui permettent de quantifier le déficit de précipitations

sur plusieurs échelles de temps (Annexe 7 ; EUWI MED, 2008).

Toutefois, le bassin méditerranéen sera également touché par des pluies dites diluviennes, c’est à

dire des pluies apportant une très grande quantité d’eau en un très court laps de temps, atteignant

parfois « la hauteur normale mensuelle en seulement une journée, et pour les épisodes les plus

45

  paroxystiques, la moitié (voire plus) de la normale annuelle en seulement quelques heures »

(ONERC, 2008). La mesure du nombre de jours enregistrant des précipitations de plus de 20 mm

en moyenne dans la journée ainsi que le nombre d’inondations associées seraient de bons

indicateurs de ces évènements intenses (Plan Bleu, 2008a).

La distribution des précipitations cumulées en décile permettrait de quantifier l’intensité des

précipitations (Annexe 7).

- Fréquence et intensité des périodes de sécheresse

Les périodes de sécheresse en Méditerranée seront de plus en plus longues et de plus en plus

fréquentes, ayant alors des répercussions drastiques sur la disponibilité des ressources en eau.

Plusieurs indices existent afin d’estimer la sévérité de ces évènements (EUWI MED, 2008).

Indice de sécheresse

I = (Précipitation actuelle mensuelle / Précipitation moyenne sur 30 ans) * 100

Si I < 100 alors les conditions de sécheresse existent

Indice de Palmer (PDSI = Palmer Drought Severty Index)

Mesure le seuil d’évaporation du sol en fonction des précipitations et de la température locale

(Annexe 7).

Reconnaissance Drought Index (RDI) ou Indice d’aridité (Annexe 7)

Calcule le déficit entre les précipitations et la demande en évaporation de l’atmosphère

Soil Moisture Anomaly Index (SMAI)

Mesure le taux de saturation du sol en eau (%) en s’appuyant sur la méthode de Thornthwaite.

Crop Moisture Index (CMI)

Le CMI reflète l’humidité hebdomadaire des sols dans les régions agricoles.

Dans une région comme la Méditerranée, où la gestion de l’eau sera au cœur des préoccupations, il

est important de pouvoir caractériser l’évolution de ces évènements intenses (fréquence

d’occurrence et intensité).

2. Les indicateurs pour la qualité et la quantité des ressources en eau

Face aux changements climatiques, la disponibilité des ressources en eau deviendra un enjeu

encore plus crucial en Méditerranée. Il est donc nécessaire de trouver des indicateurs permettant

d’évaluer les impacts du changement climatique sur la quantité et la qualité des ressources en eau.

a) La Cryosphère - Bilan de masse des glaciers

Les glaciers sont les éléments les plus sensibles aux variations climatiques. Depuis 1950, les

glaciers ont déjà perdu 2/3 de leur volume, et il est prédit qu’une hausse des températures de 3°C

entrainera une perte de 80% des glaciers des Alpes (EEA, 2008). Les glaciers sont les indicateurs qui

renseignent le plus sur l’évolution régionale du climat. Pour cela, il faut réaliser un bilan de masse

 46

des glaciers qui consiste à mesurer la variation du volume du glacier ou à établir l’inventaire de

l’ensemble des flux énergétiques qui régissent les accumulations hivernales (précipitations sous

forme de neige) et la fonte des glaces (ONERC, 2008).

b) Les eaux souterraines et les eaux de surface La fonte des neiges ainsi que le retrait des glaciers affecteront l’écoulement des rivières ainsi que la

disponibilité et la qualité des ressources en eau.

Les indicateurs témoignant de la qualité et la quantité des eaux souterraines sont la (i)

température de ces dernières, (ii) le niveau piézométrique, (iii) le niveau de recharge annuel des

nappes à partir du taux de précipitation annuel et (iv) la conductivité (EEA, 2007b).

Concernant les eaux de surface, en termes de qualité, les propriétés physico-chimiques sont

d’excellents indicateurs, alors qu’en termes de quantité, des indices calculant le capital de la

ressource en eau disponible par habitant seraient plus appropriés (Arnell, 2004) :

- ressource disponible et nombre de personnes vivant autour de cette ressource ;

- définir un indicateur de pression sur les ressources en eau (systèmes d’irrigation, croissance

démographique, utilisation des ressources, période de retour des évènements pluvieux, etc.) et

évaluer son impact sur les ressources ;

- évolution du débit des principaux fleuves méditerranéens (indicateur de la disponibilité de la

ressource), excellent indicateur car prend en compte les changements des caractéristiques

hydrauliques sur de grandes portions (Bou-Zeid, 2007 ; Plan Bleu, 2008a).

L’unité hydrique de l’Union Européenne (EUWI MED, 2008) cite également le Surface Water Supply

Index (SWSI), évaluant l’accumulation hivernale et l’écoulement de surface sur de grandes régions

aux contrastes topographiques marqués, et le Water Exploitation Index (WEI), indice mesurant « la

pression relative des prélèvements annuels sur les ressources en eau douce naturelles

renouvelables conventionnelles » à l’échelle d’un pays (Annexe 7 ; Plan Bleu, 2000).

c) La mer Méditerranée

La mer Méditerranée subira également de nombreuses perturbations qu’il est important de savoir

identifier et évaluer. Pour mieux les prévoir, il existe 5 indicateurs principaux :

- la température de la mer

Un des indicateurs les plus importants puisque c’est « un paramètre essentiel de l’échange

d’énergie entre la mer et l’atmosphère » (ONERC, 2008).

- l’élévation du niveau des mers

Les variations du niveau de la mer sont des indices pertinents qui permettent d’indiquer le

réchauffement des eaux par dilatation thermique.

- la salinité

Les variations de salinité permettent de quantifier le cycle de l’eau (taux d’évaporation par rapport

aux précipitations).

47

  - L’évolution de la concentration en chlorophylle-a (Chl-a)

La Chl-a est le pigment majeur des phytoplanctons, pigment détecté par les satellites et

permettant alors d’évaluer la quantité de phytoplancton dans l’eau (Annexe 7).

- L’acidification de la mer

Si la température augmente, alors la concentration en dioxygène augmente dans l’atmosphère

mais diminue dans les eaux. Par conséquent, la teneur en ions H+ dans la mer ainsi que le taux de

respiration des animaux marins augmentent réduisant d’autant plus la concentration en oxygène

dans l’eau et augmentant dès lors l’acidité des milieux marins. Ceci engendre alors le déclin des

habitats des espèces d’eau froide et la difficulté pour certaines de demeurer (coraux, organismes

coquillers, etc.).

 48

II. CRITERES D’IDENTIFICATION D’UN BON INDICATEUR

1. Le cadre d’analyse « forces, pressions, état, impacts, réponses » (DPSIR) Les indicateurs sont indispensables pour suivre l’état de l’environnement et anticiper les

modifications climatiques et hydrologiques. Ce sont des outils très importants pour les

décisionnaires. Cependant, comme en témoigne la liste précédente, il existe de très nombreux

indicateurs dans chaque domaine d’étude. Pour évaluer leur pertinence, cinq critères de sélection

ont été définis. Ainsi, un indicateur doit pouvoir apporter des informations claires et précises sur

(i) les forces motrices (Driving forces) du changement climatique, (ii) les pressions qui en résultent

sur l’environnement (Pressures), (iii) l’évolution de l’état de l’environnement (State), (iv) les

impacts sur la qualité de l’environnement (Impacts) et (v) les réponses sociétales (Response) à ces

changements climatiques et environnementaux (Figure 22 ; EEA, 1999).

Figure 22 – Exemple d’analyse DPSIR appliqué aux changements climatiques (d’après EEA, 1999)

Mais un indicateur sera également sélectionné s’il est : (i) simple, l’information doit être

obtenue facilement et de façon peu coûteuse, (ii) sensible, l’indicateur doit varier pour des

modifications de touts petits phénomènes, (iii) précis, (iv) représentatif, l’indicateur doit pouvoir

être calculé sur plusieurs sites à des fins comparatives et (v) communicable, l’indicateur doit

permettre le dialogue entre des populations aux préoccupations diverses et ne doit pas heurter les

cultures et (Victor, 2009).

Enfin, un autre critère de sélection proposé, notamment pour les travaux conduits par le Plan Bleu,

est que l’indicateur figure parmi les indicateurs renseignés dans le cadre de la comptabilité de l’eau

à l’échelle nationale ou du bassin versant.

49

  2. Les comptes de l’eau

La mise en place de comptes de l’eau (ou System of Environnemental-Economic Accounting for

Water, SEEAWater) est un projet réalisé dans le cadre du programme MEDSTAT3 qui a pour but

d’évaluer les pressions économiques sur l’environnement en termes de demandes en eau et de

rejets dans le milieu.

A l’issu de ce projet, trois grandes tables standards et communes à tous les pays ont été publiés.

Ces tables renseignent les flux physiques (pompage et distribution des eaux), les avoirs (stocks) et

les flux d’émissions (charge polluante rejeté dans le milieu) aussi bien en termes de volumes qu’en

termes monétaires. Elles évaluent ainsi les flux entre le système « eau » et le système

économique.

Suite à l’évaluation des flux moyens globaux du cycle de l’eau, les tables permettent d’estimer

l’influence de l’activité humaine sur les ressources en eau et de calculer des ratios tels que (Annexe

8 ; UNSD, 2007) :

‐ Les ressources hydrauliques renouvelables totales annuelles par pays

‐ Le ratio de dépendance :

‐ Les Ressources hydrauliques exploitables : ensemble des ressources en eau par pays

disponibles pour le développement socio-économique national

‐ Le Capital des ressources hydrauliques renouvelables :

‐ L’indice d’exploitation des ressources renouvelables

‐ L’indice de consommation

A termes, cela permet d’estimer des indicateurs de pression sur les ressources en eau.

Ainsi malgré la multitude d’indicateurs physiques et économiques envisageable, des critères précis

doivent être établis afin de sélectionner les plus pertinents.

                                                             

3  Programme régional de coopération statistique entre l'Union européenne et 10 pays partenaires méditerranéens qui a pour but d'harmoniser les données statistiques avec les normes internationales et de faciliter la constitution de bases de données, les échanges de données et la comparabilité des chiffres méditerranéens avec ceux des États membres de l’Union européenne (EuroStat, 2009).

 50

Suivant les recommandations de l’atelier régional sur le changement climatique en Méditerranée

organisé par le Plan Bleu en octobre 2008, le Plan Bleu prévoit ainsi, dans le cadre de son

programme de travail à venir « Indicateurs d’impacts du changement climatique » : i) à travers la

connaissance des stratégies d’adaptation finalisées, en cours d’élaboration ou en phase de

préparation dans les pays méditerranées : de proposer un ensemble régional d’indicateurs

d’impacts - dont certains spécifiques au secteur de l’eau - déclinable dans chaque pays, ii)

d’évaluer la faisabilité et la pertinence des indicateurs proposés et aider les pays à les produire

régulièrement en se concentrant sur un jeu limité d’indicateurs et iii) d’identifier les difficultés liées

à la production de ces indicateurs. Les travaux concernant plus spécifiquement les impacts du

changement climatique sur les ressources en eau seront approfondis et s’intègreront dans le cadre

de cette approche transversale des indicateurs d’impacts.

51

 CONCLUSION

A partir de ces premiers travaux de recherche, un premier bilan sur les tendances évolutives des

changements climatiques et de leurs impacts sur les ressources en eau à l’échelle de plusieurs

bassins versants méditerranéens a pu être réalisé.

L’analyse bibliographique a permis dans un premier temps, une sensibilisation aux contextes

climatiques et hydriques de la région méditerranéenne et, dans un second temps, d’identifier des

variations climatiques dans le bassin méditerranéen. L’évolution vers un climat plus chaud et plus

sec et la hausse des températures de la mer prévues par les modèles climatiques globaux,

semblent inéluctables en Méditerranée. Ces changements seront accompagnés par des périodes de

sécheresses plus fréquentes et plus longues tandis que les précipitations seront moins fréquentes

mais plus intenses. Ces modifications ne peuvent être sans conséquences sur les ressources en

eau.

Le travail de modélisation hydrologique a permis d’évaluer les variations hydrologiques sur quatre

bassins versants méditerranéens. Même si l’impact du changement climatique varie

quantitativement de quelques pourcents selon le modèle climatique et le scénario SRES utilisé,

dans l’ensemble, les écoulements de surface suivront les fluctuations des précipitations, c'est-à-

dire, tendront vers une diminution. Cette dernière sera d’autant plus marquée dans les régions sud

méditerranéennes. A priori, les bassins versants nord méditerranéens, malgré la réduction des

débits, ne seront pas en situation de déficit hydrique, alors que d’après l’étude du bassin versant

de la Moulouya, la diminution des débits entraînerait un risque de pénurie d’eau en région

marocaine. Les ressources en eau seront moins disponibles et les situations de pénurie d’eau déjà

présentes dans une partie de la région méditerranéenne risqueront de s’aggraver, en particulier

dans le Sud et à l’Est.

Pour approfondir ces résultats, il serait nécessaire d’une part, d’étudier d’autres bassins versants,

en particulier dans le sud et l’est de la Méditerranée, d’autre part, de comparer les données des

modèles climatiques globaux aux observations afin de connaître leurs limites. Enfin, il serait

judicieux d’exploiter un modèle hydrologique plus robuste pour la région méditerranéenne.

Malgré cela, cette étude permet de définir les grands traits évolutifs des changements climatiques

en Méditerranée et de leurs impacts sur les ressources en eau. La région méditerranéenne tend

vers une aridification de ses bassins versants et alors vers une croissance des disparités de la

répartition des ressources en eau. Pour prévenir ce scénario tendanciel, des indicateurs d’impacts

adaptés à la région méditerranéenne doivent être identifiés et renseignés régulièrement. Ces

derniers permettraient de suivre et d’anticiper les impacts du changement climatique sur les

ressources en eau et alors de promouvoir des politiques d’adaptation tournées vers une gestion

intégrée des ressources et demandes en eau.

 52

53

 

REFERENCES

BIBLIOGRAPHIQUES

 54

55

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 Liste des abréviations et des acronymes

AOGCM – Atmosphere and Ocean coupled General Circulation Model

CDD – Correlation Decay Distance

CNR – Compagnie Nationale du Rhône

CRU – Climatic Research Unit

CSK – Modèle climatique global CSIRO-MK3.0

ECH – Modèle climatique global ECHAM5

ECMWF - European Centre for Medium-Range Weather Forecasts

EEA – European Environment Agency

ETP – Evapotranspiration

EUWI-MED – European Union Water Initiative for the Mediterranean

FAO – Food and Agriculture Organization

GCV – Generalized Cross Validation

GHCN – Global Historical Climatology Network

GIEC – Groupe d’Expert Intergouvernemental sur l’Evolution du Climat

GRDC – Global Runoff Distribution Centre

HAD – Modèle climatique global HadCM3

IPCC - Intergovernmental Progam on Climate Change,

NOAA – National Oceanic and Atmospheric Administration

NOAA / PMEL – National Oceanic and Atmospheric Administration / Pacific Marine Environmental Laboratory

ONERC – Observatoire National sur le Effets du Réchauffement Climatique

SCHAPI - Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations

SEE – Secrétariat d’Etat de l’eau, Royaume du Maroc

SIEREM - Système d'Information Environnementales sur les Ressources en Eaux et leur Modélisation

SRES – Special Report on Emission Scenarios

WMO – World Meteorological Organization

 60

61

 

annexes

 62

63

 

ANNEXE 1

LES RESSOURCES EN EAU EN MEDITERRANEE

  

Une inégale répartition des ressources en eau

Source : Plan Bleu, 2008d

 

 Les zones humides en Méditerranée

Source : Tour du Valat, 2008

 64

ANNEXE 2

QUELQUES PRECISIONS SUR LES MODELES CLIMATIQUES GLOBAUX

Source : Mouillot, 2007 1. Les modèles simples Les modèles simples sont utilisés pour avoir une meilleure approche physique des principaux phénomènes régissant le changement climatique : estimation de la quantité de GES atmosphérique, de la force radiative, de la température moyenne de surface et de la montée moyenne du niveau des mers. 2. Les modèles de complexité intermédiaires Grace à un fort outil d’interaction entre les systèmes atmosphérique et océanique, les modèles à complexité intermédiaire permettent de suivre pas à pas l’évolution du système climatique. Les plus fréquemment utilisés sont les Modèles de Circulation Générale Atmosphérique (AGCM) et les Modèles de Circulation Générale Océanique (OGCM). Les AGCMs sont similaires aux modèles de prédiction météorologique. Ils effectuent une représentation tridimensionnelle de l’atmosphère couplée à la surface terrestre et à la cryosphère. Ils apportent des informations essentielles sur les phénomènes atmosphériques, la variabilité climatique et la température de surface des océans (SST, Sea Surface Temperature). Les OGCMs effectuent une représentation tridimensionnelle des océans et de la banquise afin de mieux comprendre la circulation océanique et son évolution face aux changements climatiques. Ils permettent aussi de prédire l’évolution de la température et de la salinité des océans à n’importe quelle profondeur. 3. Vers une amélioration des AOGCMS En 2001, lors de l’édition du troisième rapport du GIEC, il existait 7 AOGCMs. Depuis 13 nouveaux modèles ont été créés apportant d’important progrès techniques : - amélioration de la dynamique atmosphérique (advection, pression, accélération de la pesanteur…) ; - perfectionnement de la résolution verticale et horizontale ; - meilleur stabilité des modèles ; - nouveaux procédés intégrés (aérosol, banquise…) ; - prise en compte de la rétroaction radiative. D’important progrès en termes de simulation climatique ont également été réalisé :

Evolution des modèles climatiques au cours du temps

Avant d’être intégré dans les modèles climatiques, chaque nouveau composant est d’abord développé et testé séparément.

65

  - l’écart de température entre les températures moyennes actuelles et celles estimées est très faible, moins de 2°C.

- le cycle annuel des précipitations correctement simulé - l’oscillation australe, plus souvent référencée sous l’expression El Niño Southern Oscillation (ENSO), est correctement simulé. - l’ensemble des surfaces terrestres sont correctement simulées : la représentation des cours d’eau est conforme et les banquises sont correctement représentées. De plus, l’albédo simulé des couvertures neigeuses est en accord avec l’albédo mesuré, seule des erreurs persistent lors de l’estimation de l’albédo des forêts enneigées. 4. Quelques faiblesses et incertitudes Malgré ces importants progrès, quelques faiblesses et incertitudes persistent : - l’écart de température se creuse aux pôles (6-8°C) à cause d’une mésalliance entre la topographie des modèles et la topographie actuelle ; - les cycles du carbone et du méthane doivent encore être améliorés. Il est primordial de mieux identifier et quantifier les sources et les puits de Gaz à Effet de Serre (GES) ; - une meilleure estimation de l’influence des boucles de rétroaction sur la hausse des températures est encore nécessaire (tableau ci-dessous).

a. Incertitudes b. Rétroaction de la vapeur d’eau

c. Rétroaction des nuages d. Rétroaction de l’albédo de surface

Contribution des différentes boucles de rétroaction à la hausse des températures en réponse à un doublement de la concentration en CO2

(ESCRIME, 2007)

Figure a. Partie gauche – Contribution au réchauffement de la teneur en CO2 et de l’ensemble des boucles de rétroaction. Partie droite – Incertitude sur la hausse des températures.

  

  

  

  

  

    

  

  

  

  

  T° augmente Contribution

à l’effet de serre

Changement de la teneur en vapeur d’eau dans

l’atmosphère

T° augmente

Changement de la fraction du rayonnement solaire réfléchi

Contribution à l’effet de serre

Modification de la couverture nuageuse

Contenu vapeur d’eau dans atmosphère augmente

T° augmente

Variations des proportions de la neige et des mers

Hausse de l’absorption du rayonnement solaire

Contribution à l’effet de serre

 66

ANNEXE 3

CARACTERISTIQUES DE LA REGION MEDITERRANEENNE

POUVANT INFLUENCER SES REGIMES HYDROLOGIQUES

 

Source : Joannon et Tirone (2001)

 

Source : Plan Bleu, 2002

Les métropoles méditerranéennes

On estime que 2/3 de la population des pays méditerranéens vivent le long de côtes et des grands fleuves (Nil, Po, Ebre, Rhône) (Agoumi, 2003). Par ces concentrations démographiques, on dénombre 15 « métropoles méditerranéenne » (Viallet, 2006) : Barcelone, Marseille, Gênes, Rome, Naples, Athènes, Istanbul et Izmir pour les pays au Nord de la Méditerranée et Alger, Tripoli, Tunis, Alexandrie, Le Caire, Beyrouth et Damas pour les pays au Sud de la Méditerranée.

Le climat en Méditerranée

Les phénomènes atmosphériques globaux (Oscillation Nord Atlantique, cellule de Hadley, moussons africaines et asiatiques) influencent le climat méditerranéen orages.

L’ensemble des variations climatiques saisonnières et régionales observées est lié au contexte géographique :

- la majorité des précipitations sont issues d’orages nés en Méditerranée, dans les zones de cyclogenèse tel que sous le vent des Alpes, le Golfe du Lyon et le Golfe de Gênes.

- la mer est une source importante d’humidité et d’énergie pour les orages

- les chaines de montagne modifient le parcours des systèmes atmosphériques

Ebre

Rhône Pô

Evros

Nil

Moulouya

Lieux de communications avec la mer méditerranée, lui permettant ainsi d’abriter 8 à 9% de la biodiversité marine mondiale

Abc 6 plus grands bassins versants du

bassin méditerranéen dont la superficie excède les 50 000 km² 

67

 ANNEXE 4

SCHEMA CONCEPTUEL SIMPLIFIE DU MODELE GR2M - Données nécessaires en entré du modèle : capacité en eau du sol (A), les précipitations mensuelles (P) et l’évapotranspiration potentielle mensuelle (ETP) - La pluie P et l’évapotranspiration potentielle ETP sont modulés par le paramètre X1

P’ = X1*P ETP’ = X1*ETP

avec X1, coefficient d’ajustement des entrées qui régule la capacité du réservoir ; première variable, positive et exprimée en mm Si X1 tend vers 0, alors le réservoir à une faible tendance à l’écoulement, tout s’infiltre Si X1 proche de 1, alors le réservoir est saturé, tout ruisselle. - Une quantité U est soustraite à P’ et ETP’ du mois considéré. Pn = P’ – U En = ETP’ - U

U joue le rôle d’interception

Evapotranspiration et précipitation nettes participant à l’écoulement sont déterminées. - Soit H le niveau du réservoir à l’état initial. - H est modifié au cours du temps par Pn et ETPn

Pn augmente la capacité en eau du réservoir, en le rapprochant au maximum du niveau de saturation A ;

ETPn diminue la capacité en eau du réservoir d’ETPn ou de A si ETPn > A, donnant ainsi l’évapotranspiration réelle (ETR). - Les pluies ne participant pas à la teneur en eau du sol, Pe, participe alors directement à l’écoulement. Il s’agit des précipitations efficaces. - Soit S le niveau du réservoir eau gravitaire à l’état initial. - Une partie des précipitations efficaces s’écoulent directement (αPe) alors que (1-α)*Pe alimente S. - S augmente et devient S1 : S1 = S + (1-α)*Pe - Le débit délivré par ce réservoir est : Qg = X2*S1 avec X2, le coefficient d’échanges souterrains ; deuxième variable, positive et adimensionnelle. Si X2 tend vers 0, alors toute l’eau s’infiltre dans la nappe souterraine, alors que si X2 tend vers 1, alors la totalité des pluies efficaces se retrouvent à l’exutoire. - A la fin du pas de temps, le réservoir d’eau gravitaire est de : S2 = S1 – Qg - L’écoulement totale est noté Q = Qg + αPe

Source : Ardoin-Bardin, 2004 ; Roubinet, 2006

 68

ANNEXE 5

RECHAUFFEMENT MOYEN DE LA TEMPERATURE DE L’AIR EN REGION MEDITERRANEENNE (Variation de la température de l’air en °C, années de référence 1980-1999) - Source : IPCC, 2007a

       B1 : 2011 – 2030 B1 : 2046 – 2065 B1 : 2080 – 2099

       A1B : 2011 – 2030 A1B : 2046 – 2065 A1B : 2080 – 2099

       A2 : 2011 – 2030 A2 : 2046 – 2065 A2 : 2080 – 2099

 

69

 ANNEXE 6

VARIATION SAISONNIERE DES PRECIPITATIONS A L’HORIZON 2100 (Variation moyenne des précipitations en %, années de référence 1961-1990)

Source : Giorgi et Lionello, 2008

 

 B1 : 2071 – 2100

A1B : 2071 – 2100

 A2 : 2071 ‐ 2100 

 

 70

ANNEXE 7

LES INDICATEURS D’IMPACT DU CHANGEMENT CLIMATIQUE

1. Les Indicateurs météorologiques • Les précipitations Source : EUWI MED, 2007

Standardized Precipitation Index (SPI) et sa classification

Avec : t, l’échelle de temps considérée P, les précipitations cumulées sur t H(P), la probabilité cumulée d’avoir observé ces précipitations c0, c1, c2, d1, d2 et d3, des constantes

Rainfall Anomaly Index (RAI)

Avec : P, les précipitations mesurées

, les précipitations moyennes

, la moyenne des 10 précipitations les plus (+) ou les moins (-) intenses

Classification de la distribution des précipitations cumulées en intervalle régulier de 10% de la distribution totale

• Les périodes de sécheresse

Indice de Palmer (PDSI = Palmer Drought Severty Index) Source : EUWI, 2007

Indices d’aridité

Indice d’aridité de l’UNEP Indice d’aridité de Budyko

71

  AIU = P / PET avec P, les précipitations, fournies par les données météorologiques ou les données des modèles climatiques PET, evapotranspiration potentielle, calculée à partir de la formule de Thornthwaite

AIB = R / (P*L) Avec R, radiation de surface moyenne annuelle P, précipitation moyenne annuelle L, taux d’évaporation

AIU Class AIB Class AIU ≥ 1 Humid 0 < AIB ≤ 1.1 humid (surplus moisture regime;

steppe to forest vegetation) 0.65 ≤ AIU < 1 Dry land 1.1 < AIB ≤ 2.3 semi-humid (moderately

insufficient moisture; savanna) 0.5 ≤ AIU < 0.65 Dry sub-humid 2.3 < AIB ≤ 3.4 semi-arid (insufficient moisture;

semi-desert) 0.20 ≤ AIU < 0.50 Semi-arid 3.4 < AIB ≤10 arid (very insufficient moisture;

desert) 0.05 ≤ AIU < 0.20 Arid 10 < AIB hyper-arid (extremely insufficient

moisture; desert) AIU < 0.05 Hyper-arid

Source : Gao et Giorgi, 2008 2. Les indicateurs de la qualité et de la quantité des ressources en eau • Les eaux souterraines et les eaux de surface

Indice d’Exploitation des ressources en eau (WEI) Le WEI « exprime le degré d’exploitation des ressources en eaux naturelles renouvelables, à une date donnée, ainsi que la vulnérabilité d’un pays vis-à-vis des sécheresses conjoncturelles. »

WEI = (R / P) X 100 Avec P, la somme des volumes de prélèvements annuels en eau naturelle renouvelable conventionnelle, pour toutes utilisations, incluant les pertes lors du transport, en référence à une année spécifiée. R, le volume du flux annuel moyen de ressources en eau naturelle renouvelable conventionnelle.

WEI Classe Exemples WEI > 50% Tension, nécessité de

rationaliser la gestion des utilisation et des demandes en eau

Egypte, Syrie

WEI > 100% Pénurie et surexploitation des ressources en eau renouvelables

Lybie, Bande de Gaza, Israël

Source : Plan Bleu, 2008e

 72

• La mer méditerranée

L’évolution de la concentration en chlorophylle-a Les phytoplanctons, grâce à leurs vitesses rapides de renouvellement, ont un potentiel d’absorption de carbone important. « Près de 100 millions de tonnes de CO2 sont absorbées chaque jour par le phytoplancton » (ONERC, 2008). Or, avec le réchauffement climatique, la quantité de nutriments en surface va décroitre, affectant alors la population de phytoplancton qui s’en nourrie.

Exemple d’image satellite mesurant la concentration en Chl-a en méditerranée

Source : Commission européenne, 2006

73

 ANNEXE 8

INTRODUCTION AUX COMPTES DE L’EAU

Evaluation des flux moyens globaux de l’utilisation de l’eau

dans le cycle de l’eau du bassin méditerranéen (Margat, 2008)

 74

Exemple de tables des Comptes de l’eau évaluant les flux en termes de volume (à gauche) et en termes monétaires (à droite)

(UNSD, 2007)

75