Risques naturels,
de nouveaux enjeux liés
au changement climatique

Le changement climatique a et aura des impacts en termes de risques naturels. Les chercheurs du BRGM développent aujourd’hui les outils permettant, à partir de différents scénarios climatiques, de mieux anticiper les conséquences probables des phénomènes impliqués et d’accompagner la décision publique pour y faire face.

Enjeux de recherche

QUANTIFIER L’IMPORTANCE, LA FRÉQUENCE
ET L’IMPACT DES PHÉNOMÈNES LIÉS
AU CHANGEMENT CLIMATIQUE,
POUR MIEUX S’EN PRÉMUNIR

Facteur d’amplification de l’importance et de la fréquence des risques naturels, le changement climatique impacte directement trois environnements liés aux géosciences : le littoral, le sol et le proche sous-sol et les ressources en eau. Surveiller, modéliser et prévenir constituent des axes prioritaires de la recherche du BRGM.

PAR PHILIPPE FREYSSINET
directeur de la Stratégie, de la Recherche et de la Communication du BRGM

Sandy Ground, St Martin, octobre 2017 après le passage de l’ouragan Irma
Sandy Ground, St Martin, octobre 2017 après le passage de l’ouragan Irma. © BRGM - Y. De La Torre

Après avoir démontré la réalité du changement climatique, la communauté scientifique et singulièrement les géosciences se sont attachés à en quantifier les impacts, en particulier en termes de risques naturels. Le défi scientifique est multiple. Il s’agit d’abord d’observer et de mesurer l’importance des phénomènes induisant des risques naturels, et de comprendre en quoi le changement climatique est susceptible d’amplifier, en fréquence et en importance, les phénomènes d’érosion des sols, de submersion côtière ou de glissements de terrain, par exemple. Il s’agit ensuite d’évaluer la vulnérabilité des territoires exposés et de mettre en œuvre des stratégies d’adaptation et de remédiation. Trois environnements majeurs sont particulièrement affectés par les effets du changement climatique : le littoral, le sol et le proche sous-sol et les ressources en eau.
La finalité de notre recherche est de recenser et surveiller ces phénomènes et de les modéliser, notamment pour en dégager une approche prédictive afin d’appuyer la décision publique.

Le littoral, un milieu très exposé

L’importance du linéaire côtier (Métropole et DROM) a fait du littoral un domaine prioritaire pour le BRGM, avec des travaux de suivi du trait de côte grâce au développement de technologies de mesure des processus d’érosion par télédétection, mesures au sol, photogrammétrie embarquée sur drone (projet Suave et Drone 2 Coast), et la production de cartographies de l’évolution et de l’accélération de l’érosion. Des modèles d’érosion à visée prédictive ont également été développés, de même que des modèles de submersion (projet ANR Spicy), avec une approche pluridisciplinaire couplant météo, géomorphologie, bâti, hydrogéologie des sites… afin d’évaluer les risques et leurs conséquences.
Ces modèles, qui calculent les probabilités de submersion, permettent d’anticiper sur les événements et de s’y préparer, et sont utilisés en gestion de crise. Ils ont été sollicités avec succès lors de l’ouragan Irma (voir Focus), par exemple.

Visualisation de l’intrusion saline (bleu foncé) sur l’aquifère côtier de Pierrefonds (La Réunion, 2016)
Visualisation de l’intrusion saline (bleu foncé) sur l’aquifère côtier de Pierrefonds (La Réunion, 2016).
© BRGM
Un impact sur les mouvements de terrain

Caractérisé par des périodes plus fréquentes et plus intenses de sécheresse, mais aussi des amplitudes de pluviométrie plus importantes, le changement climatique impacte les processus du sol. C’est le cas pour le phénomène de retrait-gonflement des argiles, responsable de la fissuration de bâtiments. Après la réalisation de cartographies des zones touchées, l’objectif du BRGM est aujourd’hui de créer des modèles de prévision d’occurrence à une échelle fine, en croisant des approches de types spectrales et déductives. L’enjeu prédictif est déterminant, tant les conséquences économiques de ce phénomène sont devenues considérables. Les chutes de blocs sont un autre domaine d’investigation. Les périodes de sécheresse induisent en effet une modification des conditions de parois, amplifiant le risque que des blocs se détachent. Le BRGM travaille à l’identification et à la mesure de la sensibilité des parois, afin d’anticiper sur le risque (voir pages intérieures).

L’évolution de la ressource en eau, un enjeu majeur
Images MEB de cultures de bactéries issues d’un environnement pollué en présence de nanoparticules de fer
Glissement de talus en amont d’une ancienne argilière. Vue côté aval d’une maison récente prise dans un mouvement de terrain (Loire, 2013). © BRGM - Edouard Equilbey

Outre l’approvisionnement en eau potable et la disponibilité pour les usages agricoles, les ressources en eau ont une importance considérable pour la préservation de la biodiversité. Avec des épisodes secs plus longs et plus fréquents, un suivi fin des nappes souterraines et de leurs usages est indispensable, notamment parce qu’elles contribuent à l’étiage des cours d’eau et sont plus vulnérables à la concentration des polluants.
En zone côtière, le risque d’intrusion saline dans les nappes est une préoccupation majeure. Réduire le biseau salé pour préserver ces ressources, dans un contexte de fortes pressions anthropiques, est une priorité. Plusieurs études du BRGM y sont consacrées, dont des travaux de modélisation à grande échelle pour suivre le phénomène. La recharge de nappes souterraines, enfin, est une autre voie de recherche (projet REUSE), en particulier dans la mise en place de systèmes favorisant l’infiltration. Il s’agit là de solutions d’avenir pour les régions soumises à de forts stress hydriques.

Vers les « services climatiques »

L’implication du BRGM sur ces problématiques s’exprime au niveau européen, avec une participation à l’ERA-Net « Services climatiques », qui détermine les axes prioritaires de recherche en ce domaine. Le BRGM contribue également aux travaux du GIEC, avec ses modèles d’élévation du niveau marin selon divers scénarios climatiques et ses conséquences sur l’érosion côtière.
Les besoins en recherches restent considérables, pour fournir à la société des informations sur la nature des phénomènes en cours, mais surtout – en termes prédictifs ou probabilistes – des données de plus en plus précises d’occurrence ou d’ampleur. Cela passe par le développement des observatoires et la mise au point d’outils innovants permettant de développer des services d’adaptation, les « services climatiques », indispensables pour prévenir et atténuer les impacts négatifs, désormais avérés, du changement climatique.

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Avancées du brgm

ÉROSION, SUBMERSIONS MARINES
ET INONDATIONS, RISQUES EN
MILIEU MONTAGNEUX

Depuis plus d’une décennie, le BRGM a développé une expertise spécifique dans l’élaboration d’outils de modélisation dédiés aux risques naturels dans le contexte du changement climatique. À partir de divers scénarios d’évolution du climat issus des travaux du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC), ces modèles numériques permettent de simuler les phénomènes naturels et leurs impacts, offrant aux citoyens et aux pouvoirs publics les moyens d’anticiper et de prévenir les crises futures.

LITTORAL : SUIVI DU TRAIT DE CÔTE ET ANTICIPATION DE SON ÉVOLUTION

Les différentes causes de l’élévation du niveau marin à l’échelle globale.
Les différentes causes de l’élévation du niveau marin à l’échelle globale. © BRGM

Partie prenante de la Stratégie nationale de gestion intégrée du trait de côte, le BRGM est impliqué dans le pilotage de plusieurs Observatoires (de la Côte Aquitaine, du littoral de Nouvelle-Calédonie, de la dynamique côtière de Guyane…). Il y a développé une expertise dans le recueil et le traitement des données d’observation de l’érosion côtière, des submersions marines et des intrusions salines, socle de travaux de modélisation intégrant l’influence potentielle du changement climatique sur l’évolution de ces phénomènes et de leurs conséquences.

Quinze ans de recherches

Avec une prévision d’élévation du niveau de la mer entre 30 cm et 1 m, et peut-être davantage d’ici 2100, liée à la fonte des glaces (glaciers et calottes glaciaires) ainsi qu’à la dilatation des eaux océaniques, la vulnérabilité des milieux côtiers à court, moyen et long terme face aux submersions marines est un enjeu prioritaire de la recherche. Plusieurs projets de modélisation hydrodynamique portant sur les différentes typologies de plages et de côtes rocheuses (RESPONSE, VULSACO, EXPLORE 2070, MISEEVA…) ont été conduits depuis près de quinze ans.

Élaborés à partir des données d’observations « historiques » et contemporaines, les modèles de submersion marine et de recul du trait de côte sont couplés avec différentes hypothèses de changement climatique et leur influence sur les régimes de vagues et le niveau de mer. Ils permettent de mesurer les effets sur les territoires impactés, en corrélant élévation du niveau marin et recul du trait de côte (1 m pouvant engendrer de 10 à 100 m de recul des côtes sableuses, selon les modèles utilisés). De nombreuses incertitudes demeurent toutefois, par exemple sur le rôle que jouera la fonte de l’Antarctique. Mais tous les scénarios sont pris en compte, y compris les plus extrêmes.

Pour que ces travaux permettent aux citoyens et aux pouvoirs publics d’avoir une information complète sur les impacts prévisibles du réchauffement climatique et de s’y préparer, le BRGM coordonne aujourd’hui des projets visant les services climatiques. C’est le cas de INSeaPTION (programme européen ERA4CS), qui vise à promouvoir auprès des utilisateurs une connaissance partagée des enjeux et à co-construire avec eux les mesures et les actions requises pour anticiper les risques. Tous les travaux publiés sont disponibles pour l’expertise du GIEC, auquel le BRGM contribue en encourageant ses chercheurs à participer aux relectures et à la rédaction de rapports.

PROJET SPICY : PRÉVISION DES INONDATIONS LIÉES AUX CYCLONES TROPICAUX

Submersion marine simulée-Cyclone Dina (2002).
Submersion marine simulée-Cyclone Dina (2002). © BRGM

Développer un système de prévision des inondations marines et fluviales d’origine cyclonique, tel était l’objectif de SPICY1 (2014-2018), coordonné par le BRGM. Dans les territoires d’Outre-Mer, régulièrement soumis à des crises cycloniques dont la fréquence et l’intensité sont susceptibles d’augmenter avec le changement climatique, ces recherches ont permis plusieurs avancées.

De l’anticipation à la gestion de crise

L’île de la Réunion a été choisie comme site pilote. Proposant une approche holistique, en intégrant toute la chaîne (des modèles météo aux modèles d’inondation), le projet s’est articulé autour de quatre axes. Premier d’entre eux, l’amélioration de la prévision météo : trajectoire, intensité et orientation des vents, pressions, mais également précipitations à l’échelle des bassins versants… pour mieux évaluer le risque d’inondation à partir des conditions marines et hydrologiques.

Un module de prévision des conditions océaniques (vagues et niveaux marins en fonction des vents et des pressions) a permis de réaliser sur la commune de Sainte-Suzanne et à partir de divers scénarios d’exposition, des atlas de zones potentiellement impactées par la submersion. L’utilisation d’un modèle statistique a montré la possibilité d’une prévision fiable, en temps réel, de l’inondation.

Un troisième axe était dédié aux inondations fluviales. Des modèles hydrologiques des différents bassins versants ont été utilisés pour simuler les débits fluviaux (et les inondations induites sur la commune de Saint-Paul) en fonction de divers scénarios de précipitations.

Le quatrième module, enfin, a porté sur la gestion de crise. Associant les deux communes pilotes, la Zone de défense de l’océan Indien et la DEAL, il a permis d’élaborer des plans d’intervention gradués pour les communes et de tester en préfecture, lors d’exercices de crise, le fonctionnement d’une cellule d’anticipation.

Certaines briques technologiques issues du projet ont été intégrées dans la chaîne opérationnelle de Météo France. Et les avancées réalisées ont permis de franchir une étape supplémentaire en fournissant aux acteurs locaux de premiers outils d’anticipation et de gestion de crise et en dégageant des pistes pour de futurs projets de recherche.

PROJET SAMCO : ÉVOLUTION DE L’ALÉA
ET DU RISQUE EN MILIEU MONTAGNEUX

Certains milieux sont plus vulnérables aux effets du changement climatique. C’est le cas du littoral mais aussi des zones montagneuses, particulièrement sensibles à l’aléa gravitaire (chutes de blocs, glissements de terrains, avalanches…). Au sein d’un consortium de six partenaires2, le BRGM a coordonné le projet ANR SAMCO (2013-2017), afin d’améliorer la connaissance des risques en milieux montagneux et la résilience des sociétés qui y sont soumises.

L’influence combinée de la socio-économie et du climat

Sur trois sites pilotes, dans les Alpes et les Pyrénées, les chercheurs ont développé une approche intégrée de l’impact des changements globaux sur les aléas, grâce à la combinaison de plusieurs méthodologies et modèles. Ils se sont appuyés sur quatre scénarios socio-économiques prospectifs réalisés avec les acteurs locaux, afin d’évaluer aux échéances 2040 et 2100 l’évolution des facteurs pouvant influer sur l’occupation des sols : développement du tourisme, de l’exploitation forestière, déprise agricole… Outre ces paramètres socio-économiques, deux scénarios d’émissions de gaz à effet de serre fondés sur les hypothèses du GIEC aux mêmes échéances ont été intégrés aux modèles. Cette approche a permis de mesurer l’évolution globale de la vulnérabilité des zones étudiées et de souligner la grande variabilité spatiale des aléas, tout en dissociant les effets liés à la socio-économie et au climat. L’importance majeure de deux facteurs a été mise en évidence, le couvert végétal (essences utilisées, densité de la forêt, évolution de sa gestion, impliqués en particulier dans les chutes de blocs) et les conditions hydriques des sols (associées à l’augmentation des précipitations et à la baisse du manteau neigeux, susceptibles d’engendrer des glissements de terrain).

Des analyses plus fines intégrant mieux certains paramètres liés à la saisonnalité, tels le manteau neigeux et sa fonte, et prenant mieux en compte leur variabilité spatiale, restent à conduire.

Mais ces recherches qui, pour la première fois en milieu montagneux, combinaient climat et occupation des sols pour évaluer le futur de l’aléa et du risque ouvrent des perspectives prometteuses. Elles sont déjà mises à profit dans les Pyrénées, avec des projets locaux sur l’analyse de l’impact des changements globaux sur les aléas et sur la réduction des risques associés.

1 Avec Météo France, IMT Mines Alès, BRL Ingénierie, Laboratoire Lacy
2 IPGS, Live, Géode, Prodig, Irstea, Geohyd

FOCUS

DE LA RECHERCHE AU TERRAIN

Deux crises récentes ont illustré les capacités de transfert au terrain des acquis de la recherche du BRGM sur les risques naturels. La région orléanaise, au printemps en 2016, a été victime de précipitations exceptionnelles (l’équivalent de trois mois de pluie en trois jours) et d’inondations qui ont provoqué une centaine d’effondrements de cavités souterraines. Mandatées par la préfecture du Loiret, les équipes du BRGM (ainsi que celles du Cerema et de la ville d’Orléans) ont évalué les risques et préconisé les mesures de gestion permettant de prévenir les conséquences de ces phénomènes sur les milieux impactés : zones urbanisées, réseau routier et autoroutier… Elles se sont appuyées sur des visites de terrain, l’analyse de l’imagerie acquise lors de survols aériens et satellitaires, et sur les données de cartographie géologique et de connaissance historique des risques, liés en particulier aux karsts et aux cavités d’origine anthropique dans les secteurs touchés.

Effondrement d’une cavité suite aux inondations du printemps 2016 dans la région d’Orléans.
Effondrement d’une cavité suite aux inondations du printemps 2016 dans la région d’Orléans. © BRGM - Gildas Noury

Ouragan Irma

Début septembre 2017, l’ouragan Irma (catégorie 5, le maximum) touchait les îles de Saint-Martin, Saint-Barthélémy et de Guadeloupe, provoquant de très importants dégâts. À la demande de l’État, les équipes du BRGM, sur place et au siège, se sont mobilisées afin de définir les zones – en particulier urbanisées – les plus susceptibles d’être impactées par la submersion marine et l’érosion côtière.
Sur le territoire de la Guadeloupe, un modèle de submersion intégrant des paramètres propres à Irma (trajectoire, direction et force du vent…) a ainsi pu être mis en place en urgence, en se basant sur des travaux antérieurs et les données existantes de topographie, bathymétrie et occupation du sol. L’expertise de terrain a permis de prévenir les risques (avec évacuation préventive et localisée des populations), et les résultats du modèle d’ajuster la gestion des secours.

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Institut Carnot BRGM

Évaluer l’impact sur les ressources
en eau

Le changement climatique a-t-il un impact sur l’alimentation en eau potable ? Deux études, dédiées aux ressources en eau en environnement volcanique et aux aquifères karstiques, ont été menées par le BRGM.

PAR Nadia Amraoui
Hydrogéologue

La source du Lez en période de hautes eaux
1/ La source du Lez en période de hautes eaux (Saint-Clément-de-Rivière, Hérault, 2008). © BRGM
2/ Baisse projetée des débits des cours d’eau en étiage dans de nombreuses unités hydrogéologiques de la Martinique à l’horizon 2100 (scénario RCP 4.5). © BRGM

Pour le Conseil régional et la Deal Martinique, le BRGM a développé un outil de simulation des impacts du changement climatique sur la ressource en eau de l’île. « Le BRGM a élaboré, explique Nadia Amraoui, hydrogéologue, un modèle hydrologique semi-global, prenant en compte la variabilité spatiale des précipitations au sein des sous-bassins hydrologiques. Le territoire a été découpé en plusieurs unités hydrologiques, pour lesquelles des bilans d’infiltration et de ruissellement ont été établis. À partir de ces résultats, les variations du niveau d’eau dans la nappe et le débit à l’exutoire de chaque unité ont pu être calculés. » Le modèle, calibré sur ces observations, a ensuite été utilisé pour simuler l’évolution de la ressource en eau de la Martinique, selon deux scénarios d’émission de gaz à effet de serre du GIEC, et sur la base des projections climatiques de Météo France.
« Le modèle projette une nette baisse du débit des cours d’eau à horizon 2081-2100, qui constituent aujourd’hui 90 % de l’alimentation en eau potable, et un moindre impact sur les eaux souterraines, qui pourraient donc s’avérer des ressources alternatives intéressantes. »

Impacts en système karstique

En partenariat avec l’Agence de l’eau Rhône-Méditerranée, le département de l’Hérault et Montpellier Méditerranée Métropole, le BRGM a étudié l’évolution d’un réservoir karstique alimentant la source du Lez, qui fournit en eau potable l’agglomération montpelliéraine. « Les réservoirs karstiques représentent un fort enjeu pour l’alimentation en eau potable, notamment dans le sud de la France,explique N. Amraoui. Or l’augmentation des températures et la baisse de la pluviométrie dans les zones d’infiltration pourraient affecter la quantité d’eau disponible. » Après la mise au point d’un modèle global* adapté à cet aquifère, les projections climatiques du GIEC à horizon 2050, couplées aux données d’augmentation prévisible des prélèvements, ont été utilisées pour évaluer l’évolution du réservoir.
« Ce travail a montré en particulier que si le changement climatique a des effets limités – sauf sur de courtes périodes critiques – sur le niveau et les débits de la source, c’est la pression anthropique qui aura le plus d’impact. C’est donc sur celle-ci qu’il faudra porter les efforts de gestion. »

* Modèle « Entrées-Sorties » (précipitations-niveaux de la nappe-débits de la source…)