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Projet RExHySS Impact du changement climatique
sur les Ressources en eau et les Extrêmes Hydrologiques
dans les bassins de la Seine et la Somme Climate change impact
on the Water Resources and Hydrological Extremes
of the Seine and Somme river basins Programme GICC
Rapport de fin de contrat | | Date : 21 Septembre 2009
Projet N° 0000454
Date du contrat : 20/12/2006 Responsable du projet : Agnès Ducharne
UMR Sisyphe (UPMC / CNRS / EPHE / ENSMP)
UPMC Case 105, 4 place Jussieu, 75005 Paris
Agnes.Ducharne@upmc.fr
Auteurs : Ducharne A, Habets F, Déqué M, Evaux L, Hachour A, Lepaillier A,
Lepelletier T, Martin E, Oudin L, Pagé C, Ribstein P, Sauquet E, Thiéry D,
Terray L, Viennot P, Boé J, Bourqui M, Crespi O, Gascoin S, Rieu J
TABLE DES MATIÈRES SYNTHÈSE 5
Contexte général 6
Objectifs généraux du projet 6
Quelques éléments de méthodologie (et éventuelles difficultés rencontrées)
6
Résultats obtenus 7
Implications pratiques 13
Recommandations et limites éventuelles 13
Réalisations pratiques et valorisation 14
Partenariats mis en place, projetés, envisagés 15
Pour en savoir plus (quelques références) 15
Liste des opérations de valorisation issues du contrat 16
RÉSUMÉS 19
En français 19
In English 20 RAPPORT SCIENTIFIQUE 21
I. Introduction 21
II. Impacts physiques du changement climatique 22
V1. Scénarios climatiques et régionalisation 22
1. Problématique 22
2. Les scénarios et méthodes de désagrégation utilisées dans RExHySS 22
3. Validation des scénarios désagrégés pour le temps présent 25
4. Projections climatiques pour les bassins de la Seine et de la Somme 26
5. Les incertitudes 28
V2. Modélisation hydrologique et ressources en eau 29
1. Analyse des réponses sur les débits 30
2. Analyse des réponses sur la piézométrie 32
3. Analyse du bilan hydrique 32
4. Analyse des incertitudes 34
V3. Analyse fréquentielle des événements hydrologiques extrêmes 35
1. Variables analysées 35
2. Analyse des débits restitués sous climat présent à l'échelle du bassin
36
3. Analyse des débits restitués sous changement climatique à l'échelle du
bassin 37
4. Analyse des débits futurs de la Seine à Paris et de la Somme à Abbeville
39
5. Devenir de la piézométrie sur le bassin de la Somme 40
III. Conséquences sur les activités socio-économiques 41
V4a. Inondations de la Somme aval 41
1. Problématique et démarche 41
2. Résultats 42
V4b. Défaillances des débits d'étiage anthropisés 43
1. Problématique et démarche 43
2. Résultats 45
V5. Irrigation et ressources en eau souterraines 47
1. Problématique et démarche 47
2. Capacités du modèle STICS pour évaluer les besoins en irrigation 47
3. Impact du changement climatique sur les doses d'irrigation 48
4. Déficits d'alimentation des formations aquifères sous changement
climatique 50
5. Impact croisé du déficit de recharge et de l'augmentation de
l'irrigation 51
V6. Transfert aux gestionnaires 52
1. Incertitudes associées aux simulations climatiques et hydrologiques 53
2. Communication des résultats et des incertitudes 53
3. Implications opérationnelles et politiques d'adaptation 54
4. Perspectives du projet 54
IV. Conclusions et discussion 54
V. Références citées 56
Liste des Tables et Figures 59 ANNEXES 61
Tirés à part des publications 61
Compléments sur les différents volets du projet (non confidentiel) 61
aV1a. Méthode de désagrégation quantile-quantile 61
aV1b. Analyse des scénarios désagrégés 61
aV2a. Description des modèles hydrologiques 61
aV2b. Impacts du changement climatique sur la ressource en eau 61
aV3. Analyse fréquentielle des événements hydrologiques extrêmes 61
aV4a. Inondations de la Somme aval 61
aV4b. Défaillances des débits d'étiage anthropisés 61
aV5a. Vers une construction de scénarios d'irrigation à l'aide du
modèle STICS 61
aV5b. Rétroaction des prélèvements par irrigation sur les nappes 61
aV6. Participants à l'atelier du 27 novembre 2008 61
Acronymes 62
SYNTHÈSE
Projet RExHySS
Impact du changement climatique
sur les Ressources en eau et les Extrêmes Hydrologiques
dans les bassins de la Seine et la Somme
Programme GICC | |
Responsable scientifique du projet : Agnès Ducharne
UMR Sisyphe (UPMC / CNRS / EPHE / ENSMP)
UPMC Case 105, 4 place Jussieu, 75005 Paris
Agnes.Ducharne@upmc.fr Partenaires directs du projet : CNRS, CERFACS, ARMINES, SOGREAH Participants au projet : | Partenaires | Personnes | Statut | |P1 | CERFACS | L. Terray
J. Boé
C. Pagé * | Chercheur CERFACS
Doctorant CERFACS
Postdoc CDD (V1) | |P2 | CNRM-GAME (URA 1357) | M. Déqué
E. Martin | Ingénieur Ponts et Chaussées
Ingénieur Ponts et Chaussées | |P3 | Sisyphe (UMR 7619)
| A. Ducharne
F. Habets
L. Oudin
P. Ribstein
H. Bouddra * puis M. Bourqui * puis A. Hachour *
O. Crespi
S. Gascoin
L. Moulin | Chargée de recherche CNRS
Chargée de recherche CNRS
Maitre de conférences
Professeur
Post-doc CDD (V2)
Stagiaire M2
Doctorant Sisyphe
ATER | |P4 |Armines | E. Ledoux
P. Viennot | Directeur de recherche
Ingénieur de recherche | |P5 | Cemagref Lyon | E. Leblois
E. Sauquet | Ingénieur de recherche
Chargé de recherche | |P6 | BRGM Orléans | D. Thiéry | Chef de projets de
recherche | |P7 | SOGREAH | L. Evaux
J. Rieu
P. Sauvaget | Ingénieure
Ingénieur
Chef de projets | |P8 | Hydratec | A. Lepaillier
T. Lepelletier | Ingénieure
Chef de projets | |P9 | INRA (UMR EGC) | A. Perrier | Professeur émérite
| | * Rémunérés sur contrat RExHySS. Contexte général
Quelle situation, quels enjeux motivent ce projet ?
Nous intéressons à l'impact du changement climatique d'origine anthropique
sur deux grands hydrosystèmes fluviaux représentatifs du Nord de la France,
la Seine et la Somme. A l'heure actuelle, grâce au climat océanique et à
l'influence régulatrice des nappes souterraines, ces hydrosystèmes
soutiennent bien les différents usages de l'eau en situation normale,
notamment d'un point de vue quantitatif (eau potable, prélèvements
agricoles, navigation, etc.). Ils sont en revanche très vulnérables aux
extrêmes hydrologiques, comme ont pu l'illustrer les crues de 1910 de la
Seine et 2001 de la Somme, ou les sécheresses de 2003 et 2005.
Objectifs généraux du projet
Il s'agit donc d'évaluer les impacts du changement climatique sur les
ressources en eau et les extrêmes hydrologiques dans les bassins versants
de la Seine et de la Somme. Dans ce cadre, le premier objectif était de
modéliser les impacts potentiels du changement climatique sur la composante
physique des hydrosystèmes (climat, hydrologie), en caractérisant les
incertitudes associées. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés
aux conséquences possibles de ces changements physiques sur les systèmes
socio-économiques, en nous concentrant sur des questions particulièrement
sensibles aux extrêmes hydrologiques (parmi lesquels l'irrigation et les
inondations dans les corridors fluviaux). Un dernier objectif était de
diffuser nos résultats aux acteurs de l'aménagement du territoire et de la
gestion de l'eau dans les bassins versants étudiés, pour initier une
réflexion sur les stratégies d'adaptation au changement climatique.
Quelques éléments de méthodologie (et éventuelles difficultés rencontrées)
Le principe général d'une étude de l'impact hydrologique du changement
climatique est d'utiliser les conditions climatiques du futur simulées par
un modèle de climat global en fonction d'un scénario d'émissions
anthropiques pour le 21ème siècle. Une étape importante est celle de la
régionalisation ou désagrégation de ces scénarios climatiques de grande
échelle, qui vise à introduire les hétérogénéités spatiales non résolues
par les modèles climatiques de grande échelle, tout en corrigeant les
distributions spatio-temporelles des défauts statistiques les plus
pénalisants, ici pour la simulation hydrologique. L'étape suivante consiste
à transformer ces scénarios climatiques désagrégés en scénarios
hydrologiques, traduisant le fonctionnement des bassins versants (débits et
niveaux des nappes phréatiques notamment). On utilise pour cela des modèles
hydrologiques de bassin, qui sont d'abord calés sur les conditions
actuelles, puis utilisés pour simuler le fonctionnement du bassin selon les
scénarios climatiques désagrégés.
Une des principales innovations du projet RExHySS est d'aborder l'évolution
des extrêmes hydrologiques, ce qui est permis par deux méthodes de
désagrégation développées récemment par la communauté scientifique
française. Il s'agit de la méthode des régimes de temps (Boé et al., 2006 ;
Pagé et al., 2008) et de la méthode quantile-quantile (Déqué, 2007), qui
permettent de rendre compte des changements de variabilité du climat de
l'échelle journalière à interannuelle, en plus du changement de climat
moyen.
Un autre élément méthodologique important concerne l'analyse des
incertitudes. Pour appréhender les incertitudes liées à la modélisation du
climat, nous avons classiquement multiplié les scénarios de changement
climatique par des modèles de grande échelle. Mais nous avons aussi pris en
compte les incertitudes liées aux scénarios d'émissions anthropiques, à
l'horizon des projections, aux méthodes de désagrégation, et aux modèles
hydrologiques, en considérant au moins deux possibilités pour chacune de
ces sources d'incertitudes. Nous avons notamment comparé les réponses de 6
modèles hydrologiques différents, selon 12 scénarios climatiques
désagrégés.
La variété des sources d'incertitudes considérées, qui constitue une des
richesses du projet, entraine aussi un certain nombre de difficultés, liées
à la multiplicité des scénarios hydrologiques en bout de chaîne. La
première vient du fait que tous les scénarios hydrologiques possibles n'ont
justement pas été simulés, ce qui complique la hiérarchisation des
incertitudes. Cette difficulté a été levée grâce à une mét