L’impact du réchauffement climatique

Le changement climatique, et ses conséquences sur le milieu naturel, est devenu une préoccupation majeure. Dans le cadre du programme national EXPLORE2070 le BRGM Poitou-Charentes a été sollicité pour tester avec le modèle des nappes du Jurassique différents scénarios issus des travaux du GIEC. Bien que de nombreuses incertitudes demeurent, on peut dégager de grandes tendances à l’horizon 2050/2070 mais avec des différences en fonction des secteurs géographiques.

Sommaire de l’article :

Le projet EXPLORE2070

Le changement climatique, et ses conséquences sur le milieu naturel, est devenu une préoccupation majeure. Afin de mieux comprendre et d’appréhender cette problématique, la Direction de l’Eau et de la Biodiversité (DEB), la Direction Générale de la Prévention des Risques (DGPR), la Direction Générale de l’Energie et du Climat (DGEC) et le Commissariat Général au Développement Durable (CGDD), relevant tous du Ministère de l’Ecologie, du Développement Durable, du Transport et du Logement (MEDDTL), se sont associés.

L’objectif du projet « Explore 2070 » (Elaboration et évaluation des stratégies d’adaptation au changement climatique en France face à l’évolution des hydrosystèmes et des milieux côtiers à l’horizon 2050-2070) est, à partir de différents scénarios climatiques, démographiques et socio-économiques, d’élaborer et d’évaluer des stratégies d’adaptation au changement climatique face à l’évolution des hydrosystèmes et des milieux côtiers à l’horizon 2050-2070, pour la métropole et les départements d’outre-mer. A l’aide d’une approche systémique, il s’agit de concevoir des stratégies d’adaptation permettant d’anticiper les effets du changement climatique et d’élaborer, pour chacune d’elles, une feuille de route visant à minimiser les risques et les coûts associés (financiers, humains, environnementaux).

Le projet « Explore 2070 » s’inscrit dans une perspective à long terme et a pour ambition de devenir une étude de référence en termes de stratégies d’adaptation au changement climatique en France. Les travaux issus de ce projet sont destinés à intégrer les contributions françaises au 5e rapport du GIEC.

Méthodologie suivie pour Poitou-Charentes

En ce qui concerne le travail demandé au BRGM Poitou-Charentes, afin d’évaluer l’impact du changement climatique sur les niveaux de nappes et les débits des cours d’eau, le modèle Jurassique a été utilisé. 7 simulations prospectives ont été réalisées sur la période 2046-2065 à partir de données de différents modèles climatiques utilisant le scénario A1B du GIEC et en considérant des prélèvements « fixes » par rapport à l’actuel. Les résultats de ces simulations ont été confrontés aux résultats des simulations réalisées sur la période de référence 1961-1990 à l’aide de données climatiques issues aussi des différents modèles précédents. Une simulation supplémentaire a été réalisée sur la période de référence avec des données SAFRAN calculées à partir de données climatiques observées. Cette simulation sert de référence pour caractériser le temps présent.

Dans un second temps, 7 simulations complémentaires ont été réalisées en utilisant un scénario de prélèvements fourni par le BIPE.

Résultats : évolution de la piézométrie par nappe

L’analyse de l’évolution de la piézométrie a été réalisée sur 11 piézomètres (3 Jurassique sup., 6 Dogger et 2 Infra-Toarcien) répartis sur l’ensemble du territoire.

Jurassique supérieur

La réponse générale du modèle hydrogéologique montre une même tendance à la baisse des niveaux moyens piézométriques. Cette baisse est plus ou moins importante selon la localisation des piézomètres et de l’inertie des systèmes aquifères. Réservoir de type fissuré, l’aquifère du Jurassique supérieur présente en général une inertie assez faible, avec une réaction « rapide » aux pluies et une vidange également très « rapide » vers les cours d’eau. Toutefois, au nord de la zone d’étude, l’inertie est plus importante (secteur de la Dive et de la Pallu) qu’au sud (nord des départements des Charentes).

Dans les secteurs à très faible inertie (St-Fraigne, Bourdet, cf.graphe ci-dessous) où les cycles de recharge sont annuels, les niveaux de hautes eaux ne seraient pas impactés d’une manière significative par le changement climatique (sud du seuil du Poitou). Par contre, en période d’étiage, des niveaux plus bas que ceux observés sur la période de référence pourraient être atteints (cas avec les données du modèle ARPV3, MRI-CGCM2.3.2, GFDL-CM2.0 et CCMA-CGCM3).

Résultats des simulations pour St-Fraigne sur 2045-2065"
Résultats des simulations pour St-Fraigne sur 2045-2065


Résultats des simulations pour St-Fraigne - moyennes mensuelles"
Résultats des simulations pour St-Fraigne - moyennes mensuelles

Dans les secteurs à inertie un peu plus importante (pour la zone modélisée) dans le nord de la zone d’étude (nord du seuil du poitou - Guesnes), où les cycles hydrogéologiques annuels se superposent à des cycles pluri-annuels, le changement climatique se traduirait par une baisse globale des niveaux piézomètriques de -1 m ± 0,5 m sur l’année. L’enveloppe min/max des différentes simulations prospectives présente des écarts assez constants pour le piézomètre de Guesnes contrairement à Saint-Fraigne et le Bourdet.

Dogger

Le Dogger est un réservoir calcaire avec une porosité matricielle et fissurale mais qui présente également une karstisifcation plus ou moins développée. La nappe du Dogger montre cependant des inerties et des comportements différents en fonction des secteurs [Bichot et al. (2008) ; Douez et al. (2011)].

Sur le piézomètre de Oiron (Dive du nord), on retrouve les cycles pluri-annuels et l’inertie observée sur la piézométrie du Jurassique supérieur dans le même secteur (Guesnes). Le fait d’un effet retard de six mois à un an entre une « impulsion pluie » et son impact sur le débit de la rivière [Bichot et al. (2008)] se concrétise, sur les simulations prospectives, par une baisse générale des niveaux piézométriques avec des niveaux plus bas (-2 m ± 1 m) par rapport à la période de référence, que ce soit en été ou en hiver (graphiques de moyennes mensuelles inter-annuelles). Ceci aurait pour conséquence une diminution significative du débit des rivières de ce secteur, en particulier de la Dive du nord alimentée par les nappes du Dogger (Oiron) et du Jurassique supérieur (Guesnes).

Résultats des simulations pour Oiron sur 2045-2065"
Résultats des simulations pour Oiron sur 2045-2065


Résultats des simulations pour Oiron - moyennes mensuelles"
Résultats des simulations pour Oiron - moyennes mensuelles

Sur les piézomètres de Villiers (bassin de l’Auxance), de Petit-Dauffard (bassin de la Clouère) une certaine inertie peut également être observée, avec des cycles pluri-annuels se superposant à des cycles annuels, mais moindre que pour le bassin de la Dive [Bichot et al. (2008)]. Les graphiques de la moyenne inter-annuelle et de la moyenne mensuelle inter-annuelle indiquent une baisse générale des niveaux de l’ordre de -3 à - 4 mètres pour le piézomètre de Villiers (où le battement de nappe est important) et de -2 à -3 mètres pour Petit-Dauffard.

Côté Bassin aquitain, le piézomètre de Sauze, présentant une inertie moindre que ceux de Villiers et de Petit-Dauffard avec une recharge et une vidange annuelle très marquée, subirait une baisse moyenne des niveaux moindres par rapport aux 2 piézomètres précédents. En hautes eaux, les niveaux seraient assez semblables à ceux de la période de référence, par contre en basses eaux, les étiages devraient être plus sévères selon les simulations ARPV3 et MRI-CGCM2.3.2.

Résultats des simulations pour Sauzé sur 2045-2065"
Résultats des simulations pour Sauzé sur 2045-2065


Résultats des simulations pour Sauzé - moyennes mensuelles"
Résultats des simulations pour Sauzé - moyennes mensuelles

A noter que pour les piézomètres ci-dessus, les niveaux de basses eaux sont complétement anthropisés par les pompages agricoles (année 2006) et que le modèle reproduit donc leurs impacts.

Les résultats des simulations sur le piézomètre de Saint-Projet, situé dans le karst de la Rochefoucauld, laissent à penser que ce karst sera très peu impacté par le réchauffement climatique. Mais il convient de moduler ce constat car 1) le karst de la Rochefoucauld est alimenté en partie par les pertes de cours d’eau (Tardoire, Bandiat) et 2) son exutoire correspond aux sources de la Touvre, seconde résurgence de France, qui contrôlent les niveaux d’étiages du karst. Par ailleurs, les débits de la Tardoire du Bandiat en entrée du modèle sont imposés sur la base des débits 2006 qui n’intègrent donc pas l’impact du réchauffement climatique.

Le piézomètre de Nalliers, situé en bordure nord du Marais-Poitevin, est assez caractéristique de la nappe du Dogger en bordure d’une zone humide. Les niveaux hauts sont très contrôlés par les eaux de surface et les niveaux d’étiages par les prélèvements. Ainsi, sur la période hivernale, les chroniques piézométriques sur 2046-2065 montrent des niveaux semblables à ceux de la période de référence 1961-1990 (contrôle par les eaux de surfaces) ; en été la baisse de la recharge conjuguée aux forts prélèvements engendrerait des étiages plus sévères. L’impact du réchauffement climatique est finalement en partie masqué par ces « phénomènes ». Par contre, si les niveaux de nappes en hiver et au printemps étaient moins élevés, cela aurait des conséquences très préjudiciables pour l’alimentation du Marais.

Résultats des simulations pour Nalliers sur 2045-2065"
Résultats des simulations pour Nalliers sur 2045-2065


Résultats des simulations pour Nalliers - moyennes mensuelles"
Résultats des simulations pour Nalliers - moyennes mensuelles

Infra-Toarcien

Cette nappe est en général captive sous les marnes du Toarcien avec des zones d’affleurement assez restreintes. Du fait de la captivité et des paramètres hydrodynamiques de cet aquifère, les pompages impactent très nettement la piézomètrie.
Le piézomètre de Rouillé est assez représentatif de cette nappe au nord du seuil du Poitou. En été, l’impact des pompages est très important et les niveaux d’étiage atteints dans les simulations ne sont donc pas dus qu’à une baisse de la recharge. Il est donc ici plus significatif de s’intéresser aux hautes eaux qui, selon les simulations, pourraient connaître des baisses sensibles par rapport à la période de référence (-5 mètres en moyenne).

Sur le piézomètre de Niort, l’impact du changement climatique serait assez faible du fait du contrôle des niveaux bas par la source du Vivier. Des niveaux d’étiages plus bas, par rapport à la période de référence (-2 m ± 1 m), sont cependant restitués par le modèle , ce qui pourrait être problématique car les sources du Vivier alimentent la ville de Niort en eau potable. Il est donc à craindre que cette importante résurgence de la nappe infra-toarcienne souffre en été de l’impact du réchauffement climatique. A noter qu’actuellement l’alimentation en eau potable de Niort est régulièrement menacée au cours des années sèches.

Résultats des simulations pour Niort sur 2045-2065"
Résultats des simulations pour Niort sur 2045-2065


Résultats des simulations pour Niort - moyennes mensuelles"
Résultats des simulations pour Niort - moyennes mensuelles

Résultats : approche cartographique

Afin d’évaluer l’écart moyen entre les résultats des simulations prospectives (temps futur) et des simulations sur la période de référence (temps présent), différentes cartes ont été générées :

  • Cartes de différence de la moyenne inter-annuelle pour chaque piézomètre et pour chaque simulation,
  • Cartes de la différence de la moyenne inter-annuelle de la surface piézométrique   pour les simulations ARPV3 et MRI-CGCM 2.3.2 (simulations les plus pessimistes) et GFDL-CM2.1 (simulation la moins pessimiste) pour chaque grandes nappes modélisées (cf. ci-dessous les cartes pour le Dogger).
    Baisse du niveau moyen de la nappe du Dogger sur 2046-2065 par rapport à 1961-1990"
    Baisse du niveau moyen de la nappe du Dogger sur 2046-2065 par rapport à 1961-1990

Pour la simulation GFDL-CM2.1 la moins pessimiste, les cartes ne montrent pas de différences significatives avec la période de référence 1961-1990, si ce n’est dans les secteurs du département de la Vienne, de la périphérie du Marais Poitevin, du karst de la Touvre où l’on aurait des baisses modérées de l’ordre du mètre. Pour les simulations les plus « pessimistes » (données de ARPV3 et MRI-CGCM 2.3.2), quel que soit l’aquifère, la baisse des niveaux piézométriques est importante sur les zones de plateaux et assez faible dans les vallées (en général - 0,5 à -1 mètre mais avec des conséquences sur le débit des rivières). Pour le Jurassique supérieur et sur les zones hautes, cette baisse pourrait atteindre -8 à -10 mètres. Pour le Dogger et pour l’Infra-Toarcien, la baisse sur certains secteurs affleurants serait supérieure à -4/-5 mètres. Pour les zones captives des nappes du Dogger et de l’Infra-Toarcien, cette diminution est de plus en plus faible au fur et à mesure que l’on s’éloigne des secteurs d’affleurement.

La variabilité des résultats sur la piézométrie est donc importante en fonction des données météorologiques générées par les différents modèles climatiques.

Résultats : évolution des débits des cours d’eau

Globalement, les résultats des différentes simulations indiquent tous une diminution des débits des cours d’eau mais avec des ordres de grandeur très différents (pour un même scénario climatique). Ainsi, pour les différents cours d’eau présentés ici, la baisse du débit moyen annuel serait de l’ordre de -10% à -40%.

En ce qui concerne les étiages, ils devraient être plus sévères : la baisse du débit moyen pourrait atteindre -70% à -80%, voire plus (modèle ARPV3 et CCCMA-CGM3 pour la Sèvre Niortaise et la Boutonne).

La moyenne des débits maximums devrait être également à la baisse. A noter que, sur quelques simulations, des pics sont visibles et correspondent pour certains cours d’eau à des débits observés en période d’inondation (1977, 1983, 1988). Néanmoins, le pas de temps mensuel lisse les résultats et les phénomènes de crues ne peuvent être réellement restitués.
A chaque bassin représenté par ces graphes correspond cependant un comportement particulier.

La station sur la Vienne à Ingrandes est très intégratrice d’un vaste bassin versant dont une partie correspond à des nappes karstique (Clain…) et une autre partie, la plus importante, où la Vienne s’écoule sur des terrains de socle (Massif Central principalement) et où les ruissellements sont prépondérants. Les débits sont donc directement influencés par les pluies qui tombent sur le Massif Central. A noter également l’existence d’aménagements sur la Vienne amont (barrage) qui soutiennent les débits estivaux. Globalement, le débit de la Vienne à Ingrandes parait assez peu impacté par le réchauffement climatique en hautes eaux (baisse de -10% à -20% pour les modèles les plus pessimistes), certaines simulations indiquent même des débits moyens supérieurs à ceux de la période de référence (GFLD-CM2.1 et GFLD-CM2.0). A contrario, sur la période estivale et pour toutes les simulations le débit moyen mensuel inter-annuel est inférieur à ceux de la période de référence ; pour les simulations ARPV3 et CCCMA-CGM3 cette diminution serait de l’ordre de -60%.

Composante « sédimentaire » des débits mesurés sur la station d’Ingrandes, le Clain à Poitiers apparait globalement plus impacté par le réchauffement climatique que la Vienne. En ce qui concerne les débits hivernaux, la diminution selon les modèles les plus pessimistes seraient de l’ordre de -30% à -40%. Seule la simulation avec les données climatiques issues du modèle GFDL-CM2.1 montre des débits moyens en hiver pouvant être supérieurs à la période de référence ( +20%). A noter des débits de printemps également plus faibles. Les étiages seraient sévères, en particulier pour les scénarios ARPV3 et MRI-CGCM2.3.2, essentiellement sur la période octobre-novembre ; en été, il semble donc que l’inertie du système permette de « garder » des débits plus « importants » par rapport à l’automne. A noter cependant que les débits d’étiages sont impactés par les prélèvements (l’impact est estimé à environ 500 l.s-1 pour une année sèche et pour les prélèvements en nappe [Douez et al., 2011]). Dans la mesure où les prélèvements de 2006 ont été appliqués dans le modèle pour les simulations, il faut donc considérer aussi cet impact qui n’intègre pas l’influence du réchauffement sur l’irrigation. En effet, se mettent en place actuellement sur ces bassins des politiques (retenues de substitution, économie d’eau…) qui font que les prélèvements au milieu du 21e siècle seront vraisemblablement très différents de ceux observés dans les années 2000.

Résultats des simulations pour les débits du Clain à Poitiers (zoom sur l'étiage)"
Résultats des simulations pour les débits du Clain à Poitiers (zoom sur l’étiage)


Résultats des simulations pour les débits du Clain à Poitiers - moyennes mensuelles"
Résultats des simulations pour les débits du Clain à Poitiers - moyennes mensuelles

Même si les débits sont plus faibles par rapport aux deux cours d’eau précédents, l’impact du changement climatique sur la Sèvre à Echiré est assez similaire à celui observés sur le Clain à Poitiers. Les bassins versants présentent en effet des caractéristiques semblables avec 2 principaux aquifères : calcaires du Dogger et de l’Infra-Toarcien. On note donc des débits moyens inter-annuels globalement plus faibles par rapport à la période de référence (1961-1990) avec, pour les simulations les plus pessimistes, une baisse maximum de l’ordre de -40% à -50%. A noter toutefois que, pour la simulation la plus « optimiste », les débits d’hiver pourraient être supérieurs de +20 à +40% en moyenne (GFDL-CM2.1). Malgré les lâchers du barrage de la Touche-poupard à l’amont du bassin versant de la Sèvre Niortaise, les étiages seraient plus sévères ; toutes les simulations indiquent des débits inférieurs à la période de référence (baisse de -20% à -80% selon les simulations).

Des débits moyens inter-annuels plus faibles sont également observés pour les simulations à la station de Vindelle sur la Charente très intégratrice de situations hydrogéologiques différentes : terrains de socle à l’amont avec des ruissellements prépondérants, nappes karstiques du Dogger (et de l’infra-Toarcien), nappes à faible inertie du Jurassique supérieur. Les étiages sont très impactés par les lâchers de barrage à l’amont (les lâchers de 2006 ont été introduits). Les périodes d’étiages apparaissent plus sévères (simulations ARPV3 notamment). Il convient aussi de souligner que durant les hivers/printemps secs, les lacs de barrage ne peuvent être totalement remplis et par conséquent les lâchers estivaux sont réduits, ce qui n’a pas été le cas en 2006.

Résultats des simulations pour les débits de la Charente à Vindelle (zoom sur l'étiage)"
Résultats des simulations pour les débits de la Charente à Vindelle (zoom sur l’étiage)


Résultats des simulations pour les débits de la Charente à Vindelle - moyennes mensuelles"
Résultats des simulations pour les débits de la Charente à Vindelle - moyennes mensuelles

Même si l’on observe une diminution des débits moyens inter-annuels, l’impact du changement climatique sur la Touvre à Foulpougne, résurgence principale du système karstique de la Rochefoucauld, est assez atténué par rapport au cours d’eau précédents. Cette évolution est à rapprocher des chroniques simulées sur le piézomètre de St-Projet. Les débits d’étiage seraient globalement plus faibles que ceux simulés au cours de la période de référence, mais la baisse reste modérée. Les baisses de débits en hiver, printemps et été sont de quelques % à -10% pour les modèles les plus pessimistes. C’est en automne que la diminution serait la plus importante du fait de l’inertie du système (-30% pour les simulations les plus pessimistes). Mais il faut moduler ces résultats du fait des hypothèses prises en compte dans les scénarios : débits 2006 des rivières Tardoire et Bandiat, prélèvements 2006…

Dans le bassin de la Boutonne, la station de St-Séverin, située au milieu du bassin versant, caractérise surtout la partie amont avec essentiellement les apports des nappes du Dogger et de l’Infra-Toarcien. En cela, cette station se rapproche des stations d’Echiré sur la Sèvre Niortaise et du Clain à Poitiers. Les données moyennes mensuelles inter-annuelles sur la période hiver-printemps-été indiquent des réductions de débits autours de -40% à -70%. Seule la simulation GFDL-CM2.1 montre des débits pouvant être supérieurs à ceux de la période de référence (maxi +60%). Sur la période d’étiage du début de l’automne, les graphes les plus pessimistes indiquent des baisses de débits de -80% à -90% (CCCMA-CGCM3, ARPV3 et MRI-CGCM2.3.2). Sur ce bassin versant, l’augmentation des débits sur la période hivernale (GFDL-CM2.1) pourrait induire des crues plus importantes par rapport à la période de référence. Ces débits s’ajoutant aux apports vraisemblablement plus importants des nappes de fissure du Jurassique supérieur (parties aval et moyenne du bassin versant), ils pourraient entraîner des phénomènes de crues à l’aval (St-Jean-d’Angely) plus catastrophiques encore que ceux observés actuellement.

Résultats des simulations pour les débits de la Boutonne (zoom sur l'étiage)"
Résultats des simulations pour les débits de la Boutonne (zoom sur l’étiage)


Résultats des simulations pour les débits de la Boutonne - moyennes mensuelles"
Résultats des simulations pour les débits de la Boutonne - moyennes mensuelles

Sur ce dernier bassin versant, et sur ceux ayant la même typologie (Aume-Couture, Antenne, Curé, Mignon, Auxance…), selon la simulation GFDL-CM2.1, il faudrait s’attendre à devoir gérer des épisodes de crues plus intenses qu’actuellement plutôt que des étiages plus sévères dans la mesure où les politiques actuelles tendent à réduire significativement les prélèvements estivaux sur ces bassins (par exemple, il existe des projets de stockage de 6 millions de m3 sur la partie moyenne de la Boutonne).

Synthèse

Il ressort de ce travail un impact plus ou moins fort selon les simulations (fonction des données météos issues de différents modèles climatiques) et les secteurs de la zone étudiée. En général, l’abaissement des niveaux piézométriques sur les parties « libres des aquifères » devrait être assez importante sur les zones de plateaux (jusqu’à -5 à -10 mètres - niveaux moyens - pour les différentes nappes et pour les modèles climatiques les plus pessimistes) et moindre dans les vallées. Cette diminution des hauteurs piézométriques serait de plus en plus faible au fur et à mesure de l’éloignement des secteurs d’affleurement (zones captives).
Au niveau du Marais-Poitevin (seconde zone humide de France), des niveaux de nappes plus bas en hiver et surtout au printemps pourraient réduire les apports à la zone humide. Néanmoins, les niveaux des nappes périphériques étant fortement marqués par les prélèvements, la réduction de ces derniers, comme envisagé actuellement devrait améliorer nettement la situation des nappes en été, contrebalançant l’effet du changement climatique.

En ce qui concerne le débit des cours d’eau, sur les secteurs à « forte inertie », la baisse générale de ceux-ci devrait être importante (nord de la Vienne). Dans la partie centrale l’impact serait légèrement moindre en termes de débits moyens des cours d’eau mais les étiages devraient être tout de même plus sévères. Certaines sources utilisées pour l’eau potable (Vivier à Niort par exemple), pourraient connaître davantage de situations critiques. Pour certaines simulations, les phénomènes de crues en hiver pourraient être plus intense qu’actuellement.

En ce qui concerne les simulations intégrant une évolution des prélèvements futurs, les résultats sont peu pertinents du fait des faibles différences de prélèvements avec les premières simulations, en particulier pour l’irrigation qui représente presque 70% des volumes consommés en eau souterraine. Ainsi, la comparaison des simulations avec évolution et sans évolution montre des différences qui restent anecdotiques.

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