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Les résurgences du cirque de Choranche. Elles drainent les eaux du massif des Coulmes vers la Bourne (Pont en Royan, Isère, 2009). © BRGM - François Michel

RECHARGE : réponse des eaux souterraines au changement climatique dans le bassin Adour-Garonne

09.10.2018
Les changements climatiques vont affecter les processus hydrologiques dans tous les compartiments du cycle de l’eau. Concernant les eaux souterraines, ce sont principalement les flux de recharge vers les nappes qui seront modifiés par l’évolution future du climat. Afin d’anticiper les éventuels déséquilibres et difficultés à venir, il convient donc de connaître l’importance de ce déficit futur.

En premier lieu, la recharge actuelle a été évaluée à l’échelle du bassin Adour-Garonne, de manière similaire aux récents travaux menés sur le bassin Rhône-Méditerranée Corse ainsi qu’à l’échelle nationale. Ces travaux ont permis de recenser les différentes méthodes d’évaluation, celle basée sur la réalisation d’un bilan hydrologique à partir des chroniques météorologiques étant la seule à permettre une spatialisation de la recharge à l’échelle du bassin Adour-Garonne. Sa mise en œuvre, à partir des données fournies par Météo France, et de données sur les sols, fournies par l’INRA, a permis de produire plusieurs estimations de la recharge interannuelle sur la période 1981-2010, comparant différents bilans hydrologiques, à la fois pour le calcul de la pluie efficace et de la répartition de celle-ci entre ruissellement et infiltration.

Plusieurs scenarii d’évolution future de la recharge ont ensuite été simulés. Ils correspondent à trois horizons temporels différents (2030, 2050 et 2080), deux scenarii d’émissions de gaz à effet de serre élaborés par le GIEC, cinq modèles climatiques globaux, deux méthodes de régionalisation des données et deux méthodes de bilan hydrologique. Le total de 114 simulations illustre la grande variabilité des résultats et permet de dégager certaines tendances et d’identifier des secteurs où la baisse de la recharge devrait être plus marquée.

Recharge des nappes libres du bassin Adour-Garonne à l’horizon 2050. © BRGM

Recharge des nappes libres du bassin Adour-Garonne à l’horizon 2050. © BRGM

Contexte

La communauté scientifique s’accorde à dire que les changements climatiques vont affecter les processus hydrologiques dans tous les compartiments du cycle de l’eau. Concernant les eaux souterraines, ce sont principalement les flux de recharge vers les nappes qui seront modifiés par l’évolution future du climat, notamment du fait de l’augmentation de la température, et donc de la demande évaporatoire de l’atmosphère. La connaissance de l’importance de ce déficit futur est cruciale pour anticiper les éventuels déséquilibres et difficultés à venir.

Or la caractérisation de la recharge est un problème complexe dépendant de nombreux facteurs tels que la météorologie, le type, l’épaisseur et la capacité de stockage en eau des sols, leur couverture végétale, leurs caractéristiques géomorphologiques et les propriétés hydrodynamiques des formations du sous-sol.

Trois grands types de méthodes d’évaluation de la recharge ont été mis en évidence dans des travaux récents menés par le BRGM sur le bassin Rhône-Méditerranée Corse aussi bien qu’à l’échelle nationale :

  • réalisation d’un bilan hydrologique évaluant pluie efficace, ruissellement et recharge à partir des chroniques météorologiques ;
  • analyse de l'hydrogramme d'un cours d'eau, pour déterminer la part du débit du cours d'eau qui provient de la nappe connectée au cours d'eau (écoulement de base) et peut être assimilée à la recharge ;
  • analyse des fluctuations d'une chronique piézométrique et de la porosité de drainage pour calculer la recharge.

Les travaux réalisés sur le bassin Rhône-Méditerranée Corse ont conduit à la création du logiciel ESPERE (EStimation de la Pluie Efficace et de la Recharge selon différentes méthodes) qui recense rapidement et simultanément une dizaine de méthodes d’estimation de la recharge d'un aquifère ou de la pluie efficace dans une feuille de calcul MS Excel.  En s’appuyant sur des approches variées qui valorisent des données de nature différente, ESPERE fournit à la fois une estimation de la recharge de l’aquifère et un intervalle de confiance sur les résultats.

Objectifs

En s’appuyant sur les différents travaux menés par le BRGM et sur les méthodes permettant une spatialisation de la recharge à l’échelle du bassin Adour-Garonne, l’étude présente une carte de la recharge pour la période de référence actuelle (1981-2010).

Les modèles climatiques permettent ensuite d’estimer l’évolution future de la recharge aux horizons 2030, 2050 et 2080 pour différents scenarii.

Programme des travaux

Les seules méthodes permettant une spatialisation de la recharge à l’échelle du bassin Adour-Garonne sont celles basées sur la réalisation d’un bilan hydrologique à partir des chroniques météorologiques.

Moyenne interannuelle de pluie efficace (198-2010) calculée par la méthode Gardénia/GR4J © BRGM

Moyenne interannuelle de pluie efficace (198-2010) calculée par la méthode Gardénia/GR4J. © BRGM

Trois méthodes de calcul de la pluie efficace ont été comparées (Thornthwaite, Dingman, Gardénia/GR4J) en utilisant les données météorologiques issues du système SAFRAN de Météo-France et les données INRA de réserve en eau utile des sols.

Plusieurs méthodes d’estimation du ratio d’infiltration de la pluie efficace (RIPE), déterminant le partage de la pluie efficace entre ruissellement et infiltration, ont ensuite été testées : répartition issue de la plate-forme SURFEX de Météo-France, travaux du BRGM sur la vulnérabilité des Unités de Gestion du bassin Adour-Garonne et correspondance entre l’Indice de Développement et de Persistance des Réseaux (IDPR) et le RIPE à partir de l’estimation de l’écoulement de base pour différents bassins versants.

 4 méthodes d’estimation. © BRGM

Ratio d’infiltration de pluie efficace : 4 méthodes d’estimation. © BRGM

Plusieurs scenarii d’évolution future de la recharge sont ensuite simulés. Ils correspondent à trois horizons temporels différents (2030, 2050 et 2080), deux scenarii d’émissions de gaz à effet de serre élaborés par le GIEC, cinq modèles climatiques globaux, deux méthodes de régionalisation des données et deux méthodes de bilan hydrologique (Dingman et Gardénia/GR4J), représentant un total de 114 simulations.

Résultats obtenus

Moyenne interannuelle de recharge des MESO. © BRGM

Moyenne interannuelle de recharge des MESO. © BRGM

Une cartographie de la moyenne interannuelle de la recharge au cours de la période de référence (1981-2010) a été établie à partir d’un calcul de la pluie efficace correspondant à la moyenne des méthodes de Dingman et Gardénia/GR4J.

Pour chaque scénario d’évolution future de la recharge, la différence relative entre la moyenne de recharge interannuelle future et celle de la période actuelle (1981-2010) a été calculée.

Les nombreuses simulations réalisées montrent une grande variabilité dans les résultats. Le choix du modèle climatique, puis de la méthode de régionalisation, impactent sensiblement l’estimation de la recharge future. Inversement, les deux méthodes de bilan hydrologique conduisent, elles, à des résultats proches.

Des cartes de variation de la recharge représentant la variabilité de l’ensemble des simulations ont été réalisées. Elles mettent en évidence cinq classes d’exposition des eaux souterraines au changement climatique.

À l’échelle du bassin Adour-Garonne, environ la moitié des Masses d’Eau Souterraine (MESO) ont plus d’une chance sur deux d’avoir un déficit de recharge supérieur à 10% à l’horizon 2050 (zones en rose dans l’illustration précédente). Il en va de même pour l’horizon 2080.

Dans le cadre de l’élaboration du Plan d’Adaptation au Changement Climatique de l’Agence de l’eau Adour-Garonne, cette exposition des eaux souterraines au changement climatique est croisée avec un paramètre de sensibilité des nappes afin d’estimer la vulnérabilité des MESO au changement climatique.

Partenaire

 Agence de l’eau Adour-Garonne

BRGM - 3 avenue Claude-Guillemin - BP 36009 45060 Orléans Cedex 2 - France Tél. : +33 (0)2 38 64 34 34