Pôle Alpin Risques Naturels (PARN) Alpes–Climat–Risques Avec le soutien de la Région Rhône-Alpes (2007-2014)
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Compilation des connaissances 2.4.0
Hydrologie, hydrogéologie





Impacts des changements climatiques sur l'hydrologie et l'hydrogéologie alpines
Mise à jour : Janvier 2015



(Écoulements souterrains, humidité du sol, débits liquides, etc.)

Reconstitutions paléohydrologiques

 
Résultats de recherche et interprétations
Méthodes d'observation et d'analyse
Références
Alpes:
Dans cette étude, nous analysons les séries temporelles de décharge à long terme observée pour le Rhin, le Danube, le Rhône et le Po. Ces fleuves sont caractérisés par des cycles saisonniers différents qui reflètent les différentes morphologies et les différents climats des bassins alpins. Cependant, malgré les différents aménagements et particularités propres à chaque bassin, nous avons pu observer plusieurs similarités dans la tendance et la variabilité à basse fréquence des périodes de décharge printanière. Toutes les séries temporelles de décharge mettent en évidence une apparition des pics printaniers plus rapide de 2 semaines par siècle. Ces résultats peuvent être expliqués en termes de fonte de neige, précipitations totales et variabilité des épisodes pluvieux. L’importance relative de ces facteurs peut varier en fonction des bassins étudiés. Cependant, nous avons montré que le changement de saisonnalité des précipitations totale joue un rôle majeur dans l’avancement des écoulements de printemps, et ce sur une grande partie de la chaîne alpine.
 

Zampieri&al_2015 - A

Alpes françaises du nord – Bassin versant du Rhône à l’amont du lac du Bourget :
L’enregistrement clastique (susceptibilité magnétique, SM) du lac du Bourget au cours des 150 dernières années a été comparé à la longueur cumulée de cinq grands glaciers alpins (situés dans le massif du Mont-Blanc et dans les Alpes suisses) documenté par Vincent et al. (2005). La sédimentation clastique était plus élevée dans le lac du Bourget lorsque ces glaciers étaient en phase d’avancée ou bien de retrait au cours de trois périodes de longueur maximale (c'est à dire à la fin du 19e siècle, entre 1920 et 1931, et entre 1983 et 1995). Le signal SM dans le lac du Bourget montre trois pics importants autour de 1880, 1930, 1950 et un petit plateau entre les années 1980 et 1990. Ceci suggère que depuis 1870, les apports clastiques dans le lac du Bourget résultent de l'érosion du substratum rocheux lié aux fluctuations des glaciers du Mont-Blanc dans la rivière Arve qui suivent la fin du Petit Age Glaciaire. Si une empreinte anthropique existe, il semble qu’elle a seulement une incidence sur l'amplitude du signal et non sur sa temporalité. Il semble que les crues du Rhône dans le lac résultent de facteurs climatiques.
La comparaison des fluctuations des glaciers suisses et des périodes de hauts niveaux d'eau lacustres en Europe occidentale au cours des 3500 dernières années (Holzhauser et al., 2005) avec l'enregistrement continu de l’activité des crues du Rhône dans le lac du Bourget (signal SM) met en évidence des périodes où l’activité accrue des écoulements correspond à des périodes où les glaciers étaient proches de leur extension maximale et à des périodes de haut niveau des lacs : entre 2800 et 2400 cal BP, 1500–1300 cal BP, 1200–1050 cal BP, 900–800 cal BP et 700–220 cal BP. En revanche, les périodes de crues plus intense survenues entre 2200 et 2000, 1950–1600 et 1050–950 cal BP ne sont contemporaines d’aucunes fluctuations clairement documentées des glaciers ou du niveau des lacs dans le massif alpin, mais ont eu lieu après des périodes humides associées à une augmentation de l’activité torrentielle du haut Rhône (cf. Arnaud et al, 2005.) : la « crise hydrologique de l’Age de Fer » (1200-1550 cal BP), la Période Romaine Humide (entre 2100 et 1900 cal BP) et la Période Humide du Haut Moyen Age (1500-1200 cal BP).
Entre 3500 et 9400 cal BP, les comparaisons avec les rares reconstructions continues de l’extension des glaciers ou de l’activité hydrologique au cours de l'Holocène suggèrent que l'activité des crues du Rhône dans le lac du Bourget a surtout été sensible aux périodes plus humides (et souvent plus fraiches) dans les Alpes (et favorisant de hauts niveaux lacustres). Ces périodes humides sont contemporains des fluctuations glaciaires, surtout après l'optimum holocène (période Néoglaciaire). Une seule période de haut niveau lacustre de Magny (2004) n'est pas clairement documentée dans cette étude : elle correspond à une période datée entre 4800 et 4850 cal BP, qui semble correspondre (aux incertitudes de datation près) à une avancée glaciaire du glacier de Miage documenté par Deline et Orombelli (2005) entre BP cal 4600 et 4800 dans le massif du Mont-Blanc et à la phase d’avance des glaciers de Rotmoss II dans les Alpes (Maisch et al., 2000)
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Une carotte longue de 14 m (LDB04) a été prélevée dans le lac du Bourget afin de fournir un enregistrement continu des événements de crues du Rhône au cours de l'Holocène. Le choix du site de forage a été basé sur des profils sismiques haute résolution, dans une zone où les dépôts proximaux accumulés dans le lac par les écoulements du Rhône sont peu perturbés par des remaniements en masse. Le modèle âge-profondeur de cette carotte est basé sur (i) 14 datations au radiocarbone, (ii) des datations par les radionucléides (137Cs) et (iii) l'identification des données historiques (inondations, eutrophisation du lac). Une approche multi-proxy a été utilisée pour reconstituer l'évolution et l'origine de la sédimentation clastique au cours de l'Holocène, afin d'identifier les périodes d'activité hydrologique accrue dans le bassin versant. La spectrophotométrie a été utilisée pour détecter les fluctuations de des apports clastiques et l'étude des minéraux argileux (en particulier l'indice de cristallinité de l'illite) a permis de localiser la zone source principale de particules clastiques à grains fins de sédimentation dans le lac après les crues. Cet ensemble de données met en évidence 12 périodes de crues plus intenses au cours des 9400 dernières années dans le lac du Bourget et montre que la zone source principale des particules clastiques au cours de cette période correspond à la partie supérieure du bassin versant de la rivière Arve. Cette partie du bassin versant draine plusieurs grands glaciers du massif du Mont-Blanc, et les fluctuations des apports de crue du Rhône dans le lac du Bourget sont interprétées comme résultant essentiellement de l’activité des glaciers du Mont-Blanc au cours de l'Holocène. La comparaison de la sédimentation clastique dans le lac du Bourget avec des périodes d'utilisation des terres accrue et avec les périodes de fluctuations des glaciers alpins et du niveau des lacs de moyenne latitude en Europe suggère que l’enregistrement clastique du lac du Bourget est un indicateur continu de l'histoire hydrologique holocène du nord-ouest des Alpes.

Debret & al 2010 - A

  Alpes italiennes (Nord des Apennins) :
Des périodes plus froides peuvent expliquer la reprise d'activité des glissements de terrain, à cause de la faible évapotranspiration qui entraîne une augmentation de la recharge en eau du sol.
   

Bertolini & al 2004 - A

Alpes françaises du Sud et région Méditerranéenne :
Dans les bassins versants des tributaires de second ordre de la moyenne Durance, les phases de diminution des débits fluviaux et de la charge sédimentaire correpondent à celles de formation du sol, d'expansion de la forêt dans les fonds de vallée et d'incision fluviale. La période de 12 000 à 6500 BP correspond à une augmenatation des débits fluviaux marquée par une phase majeure d'accumulation des sédiments dans les fonds de vallée,nommée le 'Remblaiement Postglaciaire Principal' (Jorda, 1985). La seconde moitié de l'Holocène, après 6500 BP, se caractérise par une diminution relative des dépôts sédimentaires et par une tendance générale à l'incision des lits majeurs. Surimposées à cette tendance générale, des crises détritiques marquées par des dépôts plus grossiers apparaîssent ponctuellement sur l'ensemble de la période Holocène, en particulier au cours de la période de 12 000 à 6500 BP. De plus, interlités dans les remplissages massifs alluviaux et colluviaux accumulés dans les vallées pendant le début jusqu'au milieu de la période Holocène, des niveaux contenant de nombreux toncs d'arbre sub-fossiles (Pinus silvestris sp.) ont été trouvés et datés au radiocarbone. La bonne préservation des troncs et leur position fréquemment sur pied indiquent qu'ils ont été enfouis plutôt rapidement. Leurs motifs de croissance, reconstruits d'après les observations des cernes de croissance des arbres, suggèrent des changements environnementaux rapides : une augmentation de la fréquence des crues ayant conduit à un accroissement de l'accumulation sédimentaire sur les sites où poussaient les pins qui a entraîné leur mort après moins d'un siècle.

Les enregistrements paléoenvironementaux indiquent un changement de conditions plus humides vers des conditions plus sèches au cours de l'Holocène dans la région Méditerranéenne. Comme l'ont mis en évidence Kallel et al. (1997) and Ariztegui et al. (2000), la formation du niveau de sapropèle 1 dans la mer Méditerranée entre 9000 et 6800 cal. BP coïncide avec un ptimum des niveaux lacustres en Afrique du nord et dans la région Méditerranéenne occidentale. Le début de la tendance à l'incision dans les vallées des Alpes du Sud après 7600–7000 cal. BP pourrait être synchrone avec l'arrêt du dépôt de niveau de sapropèle 1.

Les résultats des études du niveau des lacs, des isotopes du carbone et des foraminifères sont en accord avec la reconstruction d'étés plus froids et plus humides dans la Méditerranée vers 6000 BP basées sur les techniques d'analogues polliniques modernes contraintes ou non avec les données de niveaux lacustres et les simulations avec des modèles climatiques globaux de l'atmosphère (AGCM) [voir références dans l'étude]. La position plus au nord de l'anticyclone subtropical pendant le début jusqu'au milieu de l'Holocène aurait moins bloqué le flux d'ouest sur l'Europe du Sud en été en comparaison avec les conditions actuelles. Les températures d'hiver et d'été pourraient avoir été inférieures de 2°C aux températures actuelles et la différence entre précipitations et évapotranspiration pourrait avoir été plus élevées de 50–200 mm qu'à présent dans la région Méditerranéenne occidentale (Cheddadi et al., 1997). Les variations du débit des rivières et de localisation des langues glaciaires dans le nord des Alpes sont pleinement en accord avec la reconstruction de conditions plus froides et plus humides dans l'ouest de la région Méditerranéenne et des conditions plus chaudes et plus sèches dans le nord des Alpes pendant la première partie de l'Holocène (Huntley and Prentice, 1988; Cheddadi et al., 1997).

Les périodes séculaires de diminution de l'activité fluviale dans la région Méditerranéenne ont été en phase non pas avec les périodes de refroidissement marquée par l'élévétion des niveaux lacustres et les avancées glaciaires en Europe centrale, mais avec les phases de retrait glaciaire dans le nord des Alpes et l'abaissement du niveaux des lacs dans le Jura. Elles se sont produites vers 11 500, 10 500, 9000, 7000, 4000, 3000, 2000 et 800 cal BP.

De manière générale, un synchronisme entre les niveaux hauts dans les lacs du Jura et les phases d'augmentation de l'activité fluviale dans les vallées des Alpes du Sud marquée par les troncs fossiles de Pinus silvestris ou des accumulations de graviers ou de blocs peut être observé sur les périodes du Dryas ancien et de l'Holocène, excepté au milieu de l'Holocène. La chronologie de cette phase d'interruption de l'accumulation des sédiments au milieu de l'Holocène reste à détailler. Les dates radiocarbones disponibles la placent après 6920 ± 190 BP, c'est-à-dire vers 7750 cal BP, et avant 5240 ± 190 BP, c'est-à-dire vers 5600 cal BP (Rosique, 1996; Sivan, 1999). Ces corrélations suggèrent que des conditions plus humides marqués par des hauts niveaux lacustres en Europe centrale ont correspondu à une fréquence accrue des précipitations orageuses ayant déclenché des crues, des dépôts de graviers et l'enfouissement des arbres dans la région du nord de la Méditerranée. En outre, il est remarquable que les diminutions de l'activité fluviale dans les Alpes du sud enregistrées vers 11500, 9000 et 7000 cal BP n'ont pas d'équivalent dans les phases d'aridification identifiées par Jalut et al. (2000) d'après les rapports polliniques entre espèces caducifoliées et sclérophylles. Le synchronisme général observé entre les oscillations climatiques séculaires marquées par l'augmentation du débit des rivières dans les Alpes du Sud, l'élévation du niveaux des lacs dans le Jura et les avancées glaciaires dans les Alpes pourrait avoir résulté d'un déplacement alternativement vers le sud et vers le nord du courant-jet atlantique.
Sur les 20 dernières années, des investigations systématiques ont été menées dans les vallées des Alpes françaises du Sud pour reconstruire les processus morphogéniques associés aux changements paléohydrologiques à l'échelle régionale (Jorda, 1985; Gautier, 1992; Rosique, 1996; Miramont, 1998; Miramont et al., 1999, 2000). La syntèse est basée sur (1) une compilation des données de 25 sites dans la moyenne vallée de la Durance et celles de ses tributaires, et (2) sur plus de 90 dates issues de datations radiocarbones et de matériel archéologique (Miramont et al., 2000; Jorda et al., in press). La plupart des sonnées proviennent des tributaires de second ordre de la moyenne vallée de la Durance, situés dans les 'Terres Noires', des marnes jurassiques très sensibles à l'érosion.

Les corrélations sont présentées sur les périodes du Dryas inférieur et de l'Holocène entre les données d'Europe centrale et du sud à partir des enregistrements de l'activité fluviale reconstruits par Miramont et al. (1999, 2000) dans les Alpes du sud et de l'enregistrement des niveaux lacustres établi dans le Jura (Magny, 1998, 1999).

Magny & al. 2002 - A

Grandes vallées alpines et leur piedmont jusqu'à la Méditerranée :
Des phénomènes géomorphologiques de grande ampleur ont été enregistrés au cours du Petit Âge Glaciaire, qui sont liés à la propagation vers l'aval des masses sédimentaires mobilisées à partir du XIVe siècle dans les hauts bassins alpins. Il en a résulté une modification durable du paysage et du comportement hydromorphologique des cours d'eau. L'analyse du comportement de torrents à proximité des têtes de bassin révèle que ceux-ci ont été soumis à des fluctuations sensibles au cours du XIXe siècle sous le contrôle des fluctuations climatiques.

Sur plusieurs tronçons du Rhône et de ses affluents a été identifié un élargissement de la bande active de tressage pendant le Petit Âge Glaciaire ; certains ont connu une progradation nette d'une "vague sédimentaire" (charge de fond), accompagnée ou non d'une métamorphose fluviale (passage du style à méandres au style en tresses). Ces manifestations, classée en fonction de leur ampleur croissante, se font sentir dès le XIVe siècle sur le Rhône à Lyon qui est sous influence des apports sédimentaires de l'Ain. On remarque la métamorphose de l'Isère qui est plus précoce à l'aval de Grenoble (influence du Drac) qu'à l'amont de la ville plus éloignée des flux sédimentaires des hauts bassins de l'Isère et de l'Arc. Le phénomène touche la Camargue au début du XVIIIe siècle. Il semble enfin que le phénomène atteigne son apogée au XVIIIe siècle, bien que le XIXe siècle soit connu comme un siècle à fortes crues et forte torrentialité alpine. Peut-être faut-il voir dans le relatif répit du XIXe siècle l'effet des endiguements ou simplement un retour progressif au calme après un XVIIIe siècle très actif.

Cette étude démontre la forte variabilité verticale des lits fluviaux lorsqu'ils sont soumis à une alternance répétée et rapide de phases à faible et forte torrentialité. Elle suggère aussi que le Petit Âge Glaciaire a été hétérogène tant du point de vue climatique que du point de vue des manifestations géomorphologiques enregistrées dans les milieux à fonctionnement torrentiel actif.
Les études de paléo-dynamique fluviale réalisées depuis une quinzaine d'années sur la base de carte anciennes et de textes ont été analysées.

Bravard 2000 - P

Alpes européennes :
Starkel (1966) affirme que la fonte et la disparition des sols gelés pourrait entraîner des nappes phréatiques plus profondes et des changements dans la circulation de l'eau. En particulier, on peut avancer l'hypothèse que, dans des conditions de permafrost, la recharge en eau des sols était impossible, alors qu'après la disparition du permafrost, la recharge du sol pourrait avoir lieu et atteindre de fortes valeurs. Ceci étant la conséquence de l'augmentation des précipitations et de la fonte des neiges qui a eu lieu durant l'amélioration des conditions climatiques qui ont suivi les dernières glaciations.
 

Starkel 1966 in Bertolini & al 2004 - A


Observations

 
Résultats de recherche et interprétations
Méthodes d'observation et d'analyse
Références

Glacier d'Argentière (France - Massif du Mont-Blanc) :
L’observatoire sous-glaciaire situé sous le glacier d’Argentière offre une opportunité rare d’étudier les interactions entre les vitesses de glissement et les écoulements sous-glaciaires. Les vitesses de glissement ont été mesurées de manière presque continue depuis 1997. Les résultats mettent en évidence une diminution des vitesses de glissement sur les 20 dernières années.

Nous avons pu observer de nombreuses relations entre les vitesses d’écoulement en surface, les vitesses de glissement sous-glaciaire, et l’épaisseur de la glace. Ces relations permettent de conclure qu’à l’échelle annuelle, l’évolution des vitesses d’écoulement du glacier ne dépendent de l’évolution des écoulements sous-glaciaires.

L’étude de l’évolution des vitesses de glissement à l’échelle saisonnière met également en évidence une diminution sur les 20 dernières années.

A l’échelle saisonnière, l’augmentation des vitesses de glissement, avant ou de manière simultanée avec l’augmentation des écoulements sous-glaciaires en Mai, met en évidence un système de drainage multiple. A l’inverse, à la fin de la saison de fonte, les vitesses d’écoulement continuent de diminuer après que les écoulements ont retrouvé leur débit hivernal.

L’augmentation simultanée des écoulements et des vitesses de glissement est observée, la plupart du temps, avant la transition printanière. Plus tard dans l’année, les vitesses de glissement ne sont plus corrélées aux écoulements sous-glaciaires, dans la mesure où la variation de quantité d’eau en provenance de la surface n’influe plus sur la variation de vitesse ; mis à part pour quelques accélérations importantes, qui font suite à des périodes de fortes pluies, de fonte importante (ou même des deux).

Depuis 1975, le LGGE (Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l’Environnement, Grenoble) a mis en place des campagnes de mesures régulières, sur 4 transects du glacier d’Argentière (45°10 N; 6°10 E), pour mesurer les évolutions du bilan de masse, de la vitesse d’écoulement du glacier et de l’épaisseur de la glace.

Un observatoire sous-glaciaire a été mis en place à 2173m d’altitude pour étudier l’évolution du glissement du glacier. Les mesures sont enregistrées depuis 1997.

Aux alentours de la cavité sous-glaciaire utilisée pour les observations, l’évolution de l’épaisseur de la glace au niveau du transect 4, à 2400m d’altitude, est, quant à elle, mesurée chaque année.

En complément, les écoulements sous-glaciaires sont étudiés, pendant la saison d’été, depuis une galerie (à 2060m d’altitude). La périodicité des mesures est de 15 minutes. Lorsque la valeur atteint 13m3 par seconde, l’écoulement est divisé entre plusieurs conduits et son débit réel n’est plus mesuré.

Vincent & Moreau 2016 - A

Europe:
Changes in magnitude and frequency of extreme streamflow events are investigated by statistical distribution fitting and peak over threshold analysis. A consistent method is proposed to evaluate the agreement of ensemble projections. Results indicate that the change in frequency of discharge extremes is likely to have a larger impact on the overall flood hazard as compared to the change in their magnitude. On average, in Europe, flood peaks with return periods above 100 years are projected to double in frequency within 3 decades.

 

 

Alfieri&al_2015 - A

Alpes :
Cette étude s’intéresse aux connaissances en relation avec les impacts du changement climatique sur l’activité des mouvements de masse dans les zones de montagne, à travers des cas caractéristiques de coulée de débris, de destabilisation de versant et de mouvements de terrain dans les alpes françaises, italiennes et suisses. Il est prévu que les événements se produisent moins fréquemment durant la période estivale, alors que l’augmentation attendue des précipitations au printemps et à l’automne pourrait modifier l’activité des coulées de débris pendant les saisons charnières (Mars, Avril, Novembre et Décembre). L’intensité des coulées de débris pourrait s’accroître en raison des importants apports de sédiments dans les chenaux et en conséquence de l’augmentation d’épisodes importants de précipitations. Cependant, le volume des coulées de débris dans les zones de haute montagne dépendront principalement de la stabilité et des mouvements du permafrost. Les Glaciers rocheux déstabilisés pourraient donc être à l’origine de coulées de débris sans précédents historiques. Les différentes dynamiques de versants devraient être modifiées et les événements qui en découlent s’accroître, étant donné que l’air particulièrement chaud, le recul des glaciers et le dégel et le réchauffement du permafrost vont entraîner une réduction de la stabilité des versants

 

Stoffel&al 2014- A

Monde :
Le réchauffement atmosphérique et la fonte accrue des glaciers entraînent déjà des changements dans la contribution glaciaire à l’écoulement dans les bassins montagneux à travers le monde. La fonte accrue des glaciers mène d'abord à l'augmentation de l’écoulement et des pics de débit et une augmentation de la saison de fonte, tandis qu’à plus long terme, la perte de masse des glaciers peut être si importante qu'il en résulte une diminution des débits. Les bassins glaciaires avec une tendance à la diminution des débits ont été observés dans le sud de la Colombie-Britannique, à basse altitude dans les Alpes suisses et dans les Andes centrales du Chili, et cette diminution résulte probablement d’un effet combiné d’une réduction de la fonte de la couverture neigeuse saisonnière liée à l’élévation de la limite de la neige, et d’une diminution des surfaces englacées. En revanche, d'importantes augmentations des débits sont signalées en Alberta, en Colombie au nord-ouest de la Colombie et du Yukon au Canada, dans les bassins fortement englacés dans les Alpes suisses et autrichiennes, les monts Tianshan et le Tibet en Asie centrale et dans les Andes tropicales du Pérou. L'augmentation des débits dans ces bassins est étroitement liée à l'augmentation observée de la température, ce qui indique qu'il y a un signal sans équivoque de la fonte accrue des glaciers dans les tendances actuelles de réchauffement. Dans les scénarios de réchauffement à venir, les débits de fonte glaciaires devraient commencer à diminuer, même dans les bassins de haute altitude, affectant la disponibilité en eau.

Alpes (Suisse et Autriche) :
Les séries de débits disponibles pour les Alpes en Suisse et en Autriche montrent une augmentation de l’écoulement dans les dernières décennies dans les bassins fortement englacés en raison de la hausse des températures qui résultent de l'élévation de la limite de la neige, des pertes de masse des glaciers et de la fonte accrue. Les bassins avec un englacement intermédiaire montrent déjà une tendance à la baisse des écoulements, ce qui indique que la réduction de surface des glaciers prévaut sur la fonte accrue à cause de leur amincissement. Enfin, les bassins avec un faible englacement montrent également une tendance à la diminution de l’écoulement, sous l’effet à la fois de la réduction de la surface des glaciers et de la diminution des précipitations dans les dernières décennies.
Cette étude passe en revue une collection de quinze séries de données publiées et d’une série de données non publiées à partir de bassins glaciaires. Les données comprennent des bassins du Canada, des Alpes (Suisse et Autriche), d’Asie centrale (les monts Tianshan et le Tibet central, Chine) et des Andes du Pérou et du Chili.

Casassa & al. 2009 - A

Allemagne :
La compilation des analyses de tendance pour les cours d'eau allemands montre qu'il n'y a pas de tendance claire et homogène dans les paramètres des crues à l'échelle de l'Allemagne. Dans cette étude, des tendances significatives (au niveau de signifiance 10%) ont été détectées pour une partie considérable des bassins versants. Dans la plupart des cas, ces tendances sont à la hausse ; les tendances à la baisse sont rares et ne sont pas significatives. Des différences marquées apparaissent quand on regarde les tendances spatiales et saisonnières pour différents indicateurs. Les bassins présentant des tendances significatives sont spatiallement groupés. Les changements dans l'évolution des crues sont faibles dans le Nord-est de l'Allemagne. La plupart des changements sont détectés pour les sites de l'ouest, du sud et du centre de l'Allemagne. En outre, l'analyse saisonnière révèle des changements plus importants en hiver qu'en été. La cohérence à la fois spatiale et saisonnière des résultats et l'absence de relation entre des changements significatifs et la surface du bassin suggèrent que les changements observés dans le comportement des crues sont induits par le climat.
Dans cette étude, une analyse des tendances sur une période de 52 ans (1951– 2002) est réalisée dans les séries temporelles de débits de crue dérivées de 145 stations hydrométriques distribuées de manière homogène à travers l'Allemagne, de manière à obtenir une image à l'échelle du pays. Huit indicateurs sont étudiés à partir des séries de maxima annuels / saisoniers et de pics de crues au-dessus d'un seuil.

Petrow & Merz 2009 - A

Pays alpins :
De nombreuses études ont souligné la sensibilité du système hydrologique alpin aux changements climatiques
(Weingartner et al. 2003; Jasper et al. 2004; Birsan et al. 2005; Horton et al. 2006). Une analyse exhaustive des tendances des régimes d'écoulement de 48 bassins versants non perturbés en Suisse a montré que l'écoulement annuel a augmenté au cours du siècle dernier (Birsan et al. 2005). Cela est principalement dû à un accroissement du débit en hiver (principalement des hautes eaux), mais aussi à un accroissement du ruissellement à l'automne et au printemps (moyenne et basses eaux) depuis 1960. Dans une autre étude, Santschi (2003) a analysé plus spécifiquement le débit d'hiver dans 41 bassins fluviaux en relation avec les mouvements de lit de gravier et la destruction de la couche supérieure du lit mineur. Pour les rivières alpines et les rivières du sud des Alpes, une augmentation critique dans du débit hivernal n'est pas évidente avec les données disponibles (Santschi 2003). Sur le Plateau Suisse et dans le Jura cependant, il a constaté une augmentation des hautes eaux en hiver pour 35% des rivières après 1960. Ces tendances à l'augmentation des débits hivernaux sont suspectées d'entraîner le transport de sédiments en aval et l'affouillement du lit de la rivière (et sont donc supposés déranger la reproduction des poissons).
Les tendances à long terme des apports en sédiments ont été évaluées principalement pour les grandes rivières alpines. La fourniture sédimentaire dans le bassin versant du Danube a augmenté de 30–50% sur la période 1950–1980 et dans une certaine mesure dans la rivière Lech après 1965 (Summer et al. 1994; Walling 1997). Cette tendance est supposée être causée, respectivement, par l'évolution de la gestion agricole et par les modifications des paramètres des précipitations. Des tendances à la baisse sont mentionnées dans les secteurs de reboisement dans les Alpes françaises (Descroix and Gautier 2002; Piégay et al. 2004; Liébault et al. 2005) ou à l'aval de centrales hydroélectriques (Habersack 1996; Weiss, 1996; Walling, 1997). Des tendances à l'augmentation des concentrations des matières en suspension lors des pointes de crue ont aussi été documentés dans certaines rivières (e.g. dans le Danube par un facteur jusqu'à 2 ; Summer et al. 1994), alors que dans bien des cas, aucune tendance claire n'a pu être trouvée (Zobrist et al. 2004).
Les changements saisoniers du débit des rivières dus aux modifications des paramètres des précipitations et à l'avancée de la fonte des neige peuvent avoir modifié la temporalité du transport sédimentaire dans les parties aval des cours d'eau.

Revue bibliographique (cet article porte sur l'augmentation potentielle de la fraction fine des sédiments parvenant aux rivières et à son effet sur le fonctionnement des zones de frayères pour reproduction de la truite brune).

Scheurer & al. 2009 - A

Europe:
La variabilité de la circulation atmosphérique est considérée comme le facteur le plus important expliquant la variabilité annuelle et décennale des flux d'eau douce sur les continents. L'analyse des liens à long terme entre les forçages atmosphérique et les précipitations hivernales et les sensibilités des débits hivernaux moyens et maximum observés à l'échelle régionale à travers l'Europe montre une corrélation significative entre la variabilité de la circulation atmosphérique, décrite par les indices NAO, AO, FWC et SLPD, et les pics et les moyenne de débit des rivières. La circulation d'ouest en Europe entraîne une augmentation des débits dans la plupart des bassins. Les bassins fluviaux ont des sensibilités différentes à la variabilité de la circulation atmosphérique à travers l'Europe, en fonction de la position sur le continent, le climat local, la végétation et les autres conditions du bassin. Les résultats montrent que les débits annuels maximaux sont plus sensibles à la variabilité de la circulation atmosphérique que les débits moyens. Les débits moyens varient en moyenne entre 8 et 44%, tandis que les débits de pointe varient entre 10 et 54% par unité de variation de l'indice. Les débits dans la péninsule ibérique et les pays scandinaves sont plus sensibles que ceux de l’Europe centrale et du nord-ouest. Le débit suit de près la variabilité de la circulation atmosphérique. Par rapport à la FWC et à la SLPD, les indices NAO et AO n'ont qu'une utilité limitée pour l'analyse des impacts du changement climatique dans les bassins fluviaux du nord-ouest européen.
Cette étude présente une analyse des liens à long terme (> 30 ans) entre les forçages atmosphériques en hiver (décembre-février), les précipitations et les sensibilités des débits hivernaux moyens et annuels observés sur 608 stations à travers l'Europe. Les liens avec quatre indices atmosphériques sont examinés : l'Oscillation Nord-Atlantique (NAO), l'Oscillation Arctique (AO), la Fréquence de la Circulation d'Ouest (FWC) telle que décrite par la classification subjective Großwetterlagen, et Différence de Pression au Niveau de la Mer du nord au sud sur le continent européen (SLPD). La sensibilité des débits moyens et maximum des rivières au forçage atmosphérique a été estimée à l'aide d'une simple fonction de régression linéaire des moindres carrés.

Bouwer & al. 2008 - P

Alpes suisses (haut bassins de l'Aare et du Rhône) :
Le débit total annuel des bassins (presque) dépourvus de glace d'Allenbach et de Grande Eau reflètent généralement les variations temporelles des précipitations, atteignant leurs maximums à la fin des années 1970-début des années 1980 et à la fin des années 1960 respectivement. Les P 11-10 à Sion sont raisonnablement corrélées avec Q 1-12 pour les deux bassins. Les fluctuations interannuelles des débits des deux bassins étaient généralement parallèles jusqu'aux années 1990. Les débits décennaux moyens d'Allenbach et de Grande Eau ont diminué de 11 et 16 % respectivement de 1977-86 à 1997-2006.
Les débits du Massa, qui draine le bassin avec la plus grande proportion de glaciers (66 %), imitent le régime cyclique des variations de T 5-9 à Sion. La corrélation entre T 5-9 et Q 1-12, bien que généralement bonne, est d'autant meilleure que la période considérée est courte. Les hauts débits de 1928 ont pour origine un printemps chaud et des précipitations légèrement au-dessus de la moyenne. L'augmentation des températures, combinée à des précipitations croissantes, a généralement mené à l'augmentation des débits au cours des années suivantes, avec un maximum en 1947. La baisse des températures atmosphériques estivales a ensuite réduit les débits, avec un minimum en 1978. Pendant la seconde période de réchauffement (années 1980 à 2006), les températures ont dépassé celles des années 1940. Cependant, le débit moyen des années chaudes 1990-2000 n'a pas dépassé celui des années 1940-50.
Le Rhône draine le deuxième bassin le plus englacé de l'étude. La corrélation entre la T 5-9 à Sion et le débit du Rhône n'est pas aussi bonne que pour le Massa, mais la corrélation avec les P 11-10 est meilleure pour le Rhône. Les débits des deux rivières sont fortement corrélés. Le débit du Rhône a lui aussi augmenté des années 1960-70 fraîches aux années 1980-2000 plus chaudes, mais de seulement 12 %, alors que le débit moyen quinquennal du Massa a augmenté de presque 50 % entre 1974-78 et 2001-05, accompagnant une hausse des T 5-9 moyennes de 16.1 à 18.1°C. En fait, le débit à Gletsch a augmenté de 1977-86 à 1987-96, avant une diminution sur la période 1997-2006.
Les variations temporelles des débits dans le bassin de Lonza (englacé à 38 % environ) se situent à un niveau intermédiaire entre celles de l'Allenbach (0 %) et du Rhône (~54 %). Le débit du Lonza a augmenté entre 1977-86 et 1987-96, avant une diminution au cours de la période 1997-2006.
Les bassins étudiés sont situés dans les hauts bassins de l'Aare et du Rhône, en Suisse. Le pourcentage de secteurs englacés des bassins a été tiré de Hydrologisches Jahrbuch der Schweiz (par exemple BAFU, 2006). Le bassin d'Allenbach est dépourvu de glacier. Celui de Grande Eau est quasiment dépourvu de glacier. La surface totale des secteurs couverts de glaciers est d'environ 32 km2 dans le bassin du Lonza et de 22 km2 dans celui du Rhône. Elle a diminué d'environ 10 et 7.5 % respectivement entre 1977 et 2002. Le pourcentage de secteurs englacés du bassin du Massa (recalculé pour prendre en compte les changements du bassin versant) reflète une perte d'environ 8 km2 (6 % des 136.6 km2) entre 1934 et 2002, dont environ trois-quarts avaient disparu avant 1957.
Le débit du Rhône a été mesuré sur une section naturelle à Gletsch durant les périodes 1894-1903 et 1920-1928, avant l'utilisation d'un canal à partir de 1956. Le Lonza est mesuré depuis 1956. Après la construction d'un barrage, le Massa est mesuré à Blatten-bei-Naters depuis 1965, en amont de l'ancienne station de Massaboden, réduisant la superficie du bassin versant de 3.47 %. Le débit n'a probablement pas été réduit de manière proportionnelle.
Le débit annuel total a été pris comme le total au cours de l'année civile (Q 1-12). La température atmosphérique moyenne de mai à septembre (T 5-9) a été utilisée pour indiquer la disponibilité en énergie thermique pour la fonte. Les précipitations annuelles totales entre novembre d'une année et octobre de l'année suivante (P 11-10) reflètent l'accumulation neigeuse hivernale et les précipitations estivales qui affectent le débit annuel total entre janvier et décembre (Q 1-12) de l'année suivante.

Collins 2008 - A

Slovenie :
Une comparaison directe avec le bilan hydrologique de la période de référence 1961-1990 montre que les quantités de précipitations ont été les mêmes pendant la période 1971-2000, mais que la quantité d'évaporation a augmenté et que l'écoulement a diminué. Elle montre un changement significatif dans l'évaporation et dans les écoulements. L'évaporation a été plus haute de 11% et l'écoulement a été plus bas de 6%.
Les auteurs ont analysé et ajusté les éléments du bilan hydrologique de précipîtations, d'évaporation et d'écoulement pour des secteurs sélectionnés en Slovénie sur la période 1971–2000. Les écoulements dérivés des mesures de débits aux stations hydrométriques ont été comparés aux écoulements calculés en utilisant l'équation du bilan hydrologique. L'exactitude des relations entre les éléments du bilan hydrologique a été contrôlée avec l'aide d'une analyse d'erreur du bilan. Frantar & al. 2008 - P
Alpes allemandes :
Caspary (2004) souligne que les régimes de débit des rivières Donau, Enz, Kocher et Alp dans le Sud-ouest de l'Allemagne ne sont pas stationnaires statistiquement à cause de l'accumulation relative d'événements extrêmes depuis les années 1990. Pour la rivière Enz par exemple, un débit avec une période de retour de 100 ans sur la période 1932-1976 équivaut à un débit avec une période de retour de 30 ans sur la période 1932-2002.
Synthèse bibliographique

Staffler & al. 2008 - A

Alpes :
La quantité d’eau dans les bassins versants alpins est gérée par de nombreux facteurs :
La variabilité climatique à l’échelle décennale (NAO, AO, …)
L’augmentation des températures à l’échelle du siècle
Les événements extrêmes
L’utilisation de l’eau pour diverses activités socio-économiques
Des changements dans l’un ou l’autre de ces facteurs, induits notamment par un climat plus chaud, vont modifier la quantité et la qualité de l’eau, ainsi que le caractère saisonnier des débits tels qu’observés actuellement dans le domaine alpin.
 

Beniston 2007 - C

Alpes françaises :
Sur les Alpes du Nord, les changements détectés concernent les crues nivales et les étiages. L’onde de fonte devient plus précoce, et le pic de fonte diminue. Les étiages sont moins sévères, avec une augmentation significative des minima annuels journaliers et une diminution significative du déficit de volume. La durée des étiages semble décroître, mais pas de manière significative.

Sur les Alpes du Sud, la sévérité des étiages diminue également, par contre l’onde de fonte nivale ne présente pas de changement cohérent sur les cinq stations testées. Trois stations à régime glaciaire présentent une diminution du débit de base au pic de fonte, et une augmentation assez nette du module total de la saison nivale. Ce dernier résultat est cohérent avec la récession des glaciers dans les Alpes françaises (Vincent, 2002).

Des tests complémentaires à partir du modèle de simulation MORDOR ont permis de mettre en évidence un lien entre l’augmentation des températures et une modification de la saisonnalité des écoulements liés à la fonte.
Une analyse statistique sur 200 longues séries hydrométriques a été réalisée dans le cadre d’un projet national PNRH et de la thèse de B. Renard (2006). 13 stations hydrométriques ont été étudiées sur le secteur des Alpes françaises.

Lang 2007 - C1

France :
A l'échelle de la France, on ne relève pas de cohérence dans la répartition spatiale des anomalies détectées, ni d'évolution généralisée sur les débits ou les crues. Aucune tendance climatique cohérente et généralisée ne peut à ce jour être détectée sur l'évolution du régime des extrêmes hydrométriques.

Des évolutions ont pu être détectées sur seulement 5 des 15 régions hydro-climatiques :
des étiages moins sévères dans les Alpes, de plus, l'onde de fonte nivale semble plus précoce dans les Alpes du Nord;
une augmentation du module nival des stations glaciaires, accompagnée d'une précocité accrue de la date du maximum de débit de base ;
une aggravation des étiages dans les Pyrénées et le Pays Basque. Les crues pluviales semblent également en diminution dans les Pyrénées ;
une augmentation des maxima annuels dans la région du Nord-Est ;
une aggravation des crues en région océanique (Nord de la France), apparemment liée au remplissage des nappes d'accompagnement.

Sur les Alpes du Nord, les changements concernent les crues nivales et les étiages. L'onde de fonte est plus précoce et le pic de fonte diminue. Les étiages sont moins sévères, avec une augmentation significative des minima annuels journaliers et une diminution significative du déficit de volume. La durée des étiages semble également décroître, mais pas de manière significative.

D'après les cartes d'évolution climatique du projet IMFREX, le réchauffement constaté est significatif sur un grand nombre de postes et sur plusieurs indices (notamment le nombre de jours chauds supérieurs à 25°C ou le nombre de jours de gel), en revanche, l'évolution des précipitations est bien moins marquée et n'est significative que pour des cumuls pluviométriques sur plusieurs jours. Les éléments climatologiques observés sont insuffisants pour expliquer des évolutions sur les extrêmes hydrométriques notamment en raison de la forte non-linéarité de la relation pluie-température-débit.
Jeu de 192 longues séries de débits journaliers, en retenant les séries réputées non influencées, disposant d'au moins 40 années d'observation. Une trentaine d'échantillons a été extrait pour chaque station à partir de variables descriptives des hautes-eaux, des basses-eaux et du régime des eaux. Chaque échantillon a fait l'objet d'un test de stationnarité choisi en fonction de l'autocorrélation de la série, du type de distribution attendu et de la longueur de l'échantillon.

Une série de 15 régions hydro-climatiques a été établie (Renard, 2006) en croisant une classification basée sur la saisonnalité des crues et des étiages avec un zonage pluviométrique de Météo France. La cohérence régionale a été étudiée à l'aide d'une variable régionale, à partir de la version régionale du test de Mann et Kendall (Douglas et al. 2002 et Yue et Wang 2002), ou grâce au test régional de déviance proposé par Renard.

Lang & Renard 2007 - P

 Suisse :
Vu que la tendance suivie par l'évaporation est presque identique à celle des précipitations (hausse de 99 mm pour cent ans), le débit reste pratiquement constant sur les cent dernières années.


Les précipitations présentent une légère tendance à la hausse (d'environ 113 mm pour cent ans) pour 303 séries de mesure des précipitations de 1901 à 2005. Elle n'est toutefois pas significative en raison de la grande variabilité de ce paramètre. Vu que la tendance suivie par l'évaporation est presque identique (hausse de 99 mm pour cent ans), le débit reste pratiquement constant sur les cent dernières années.
Depuis les années 1960, les températures de tous les grands cours d'eau de Suisse enregistrent une nette tendance à la hausse. Cette évolution est plus marquée pour les cours d'eau du Plateau que pour ceux des Alpes (Jakob et al. 2007). La hausse de la température de l'eau intervient parallèlement à celle de la température moyenne de l'air.
 Revue bibliographique

North & al. 2007 - R: OFEV

Allemagne du Sud :
Le comportement à long terme des débits les plus élevés peut être caractérisé comme suit :
• En analysant des séries annuelles longues de 70 à 150 ans, la plupart des ruissellements annuels les plus élevés ne montre pas de changement significatif.
• Sur les 30 dernières années, les débits les plus élevés montrent des tendances à la hausse dans de nombreuses stations.
• La fréquence des inondations hivernales a augmenté depuis les années 1970 à l'exception du Sud de la Bavière.
• Les débits mensuels de crue concernant les 6 mois hivernaux sont plus élevés depuis les années 1970 qu'avant.


En résumé, on peut affirmer que des augmentations régionales des débits de crue ne sont détectées que pour les 30 à 40 dernières années dans les séries de débits analysées.
L'examen de longues séries de mesures hydrométéorologiques et hydrologiques disponibles a été systématiquement réalisé pour les lands de Bavière et du Bade-Wurtemberg sur la base d'importants jeux de données du projet KLIWA. Les comportements à long terme des débits de crue, des débits moyens, des précipitations régionales, des précipitations intenses, de la température de l'air, de l'évaporation et de la durée de la couverture neigeuse ont été analysés pour des périodes couvrant le 20 e siècle.

L'examen du comportement à long terme des débits de crue inclut la détermination de toute tendance linéaire dans les séries de débits maximaux annuels et mensuels. Les débits maximaux annuels et mensuels de 107 stations, qui présentent de longues séries d'observation depuis au moins 1931, constituent la base des recherches de tendances. En complément, 51 stations présentant des périodes d'observation plus courtes (après 1932) ont été intégrées à l'analyse.

Hennegriff & al 2006 - A

Massif des Ecrins (torrent du Glacier Noir) :
La comparaison des périodes de mesures de 16 jours de juillet 2003 et juillet 2004 a montré que la température journalière moyenne de l'air mesurée à 1 km du front du Glacier Noir était 1.2°C plus élevée en 2003, que le débit moyen du torrent du Glacier Noir était 2.3 fois plus élevé et que la charge de sédiments en suspension (SSL) était entre 3.1 et 4.1 fois plus élevée en juillet 2003, que pour la même période en 2004. Il y a eu une augmentation de la SSC au cours des observations de 2004 qui était moins apparente en 2003. Ceci s'explique très probablement par le fait que les températures plus élevées et le plus fort débit en résultant ont eu lieu plus tôt dans la saison en 2003. Les sédiments disponibles ont donc certainement été mobilisés avant que l'étude ait lieu en juillet.


Cela invite à faire des parallèles entre les résultats de cette étude et les impacts probables de l'augmentation des températures estivales dans les Alpes, comme conséquence du réchauffement climatique global. De tels changements de la SSL auront des conséquences importantes sur le transfert de sédiments de l'amont vers l'aval, sur l'écologie des cours d'eau, sur la stabilité des berges et les risques d'inondation et sur les installations hydroélectriques.  
Dans cette étude, le débit (Q) et la concentration de sédiments en suspension (SSC) d'un torrent proglaciaire du Parc National des Ecrins ont été mesurés au cours des étés 2003 et 2004.
SSC et Q ont été mesurés continuellement sur des périodes de 16 jours en juillet 2003 et 2004. La SSC a été mesurée à chaque saison par des pompes automatiques en journée et par des enregistrements de turbidité toutes les 10 min. Q a été mesuré pour un éventail d'écoulements et les enregistrements du niveau d'eau, réalisés toutes les 10 min, ont été convertis en Q. La température de l'air a également été relevée toutes les 10 min.

Stott & Mount 2006 - A

Monde :
La majorité des enregistrements de maxima annuels de débits (70%) ne présentent aucune tendance statistiquement significative. La tendance des autres enregistrements se partage presque également entre croissance et décroissance.
Etude des tendances des longues séries de maxima annuels de débits de rivières sur 195 stations de jaugeage à travers le monde.   

Svenson & al. 2006 - P

Alpes suisses :
Des tendances significatives ont été identifiées pour chaque station sur une base annuelle et saisonnière et pour différents quantiles de crue. Une augmentation générale des écoulements annuels a été observée, principalement en raison de l'augmentation des débits d'hiver, de printemps et d'automne. Les changements les plus importants se sont produits pendant la saison hivernale. Les écoulements hivernaux ont augmenté sur toute la distribution, mais sont surtout marqués pour les débits maximum : au moins 63% des bassins présentent une hausse statistiquement significatives dans les maxima hivernaux de toutes les périodes. D'autre part, des augmentations dans les écoulements de printemps et d'automne sont surtout concentrées dans la gamme des quantiles des moyennes et basses eaux. Le comportement de la tendance de la saison estivale est différent. Des tendances à la fois à la baisse et à la hausse sont concentrées dans les quantiles des moyennes et basses eaux plutôt que dans les maxima estivaux. Le comportement de la saison estivale est importnant parce que le débit estival fournit plus d'eau à l'échelle annuelle dans les bassin à influence alpine. La plupart des tendances dans les hautes eaux d'hiver, et dans les moyennes et basses eaux de printemps, d'été et d'hiver sont significatives. Cependant, des tendances significatives s'étendent à travers le pays et sont trouvées dans toutes les régions avec différents régimes hydrologiques.

Les tendances des précipitations quotidiennes au cours des mêmes périodes d'étude ne sont généralement pas aussi significatives que celles des débits. Les changements d'écoulement ne peuvent pas être expliqués seulement sur la base des changements de précipitations, en particulier pour la période après 1961. Les tendances des températures de l'air indiquent une augmentation générale des températures quotidiennes minimales et une diminution des températures quotidiennes maximales, menant à une diminution significative de l'amplitude thermique. Peut-être encore plus important, de fortes tendances à la hausse apparaissent dans le nombre de jours avec une température quotidienne minimale supérieure à 0 °C (jusqu'à 50 % de toutes les stations dans certains cas), qui sont concentrées en hiver et au printemps. Les auteurs supposent que les augmentations observées dans les écoulements en hiver sont dues à un remplacement des chutes de neige par de la pluie. De même, l'augmentation de l'écoulement des basses et moyennes eaux au printemps pourrait en partie être expliquée par la fonte de neige accrue plus précoce due à l'augmentation observée de la température de l'air..

Les analyses de corrélation des tendances de débits avec les caractéristiques des bassins versants montrent des relations statistiquement significatives entre les tendances des écoulements et l'altitude moyenne du bassin, la présence de glaciers et d'affleurements rocheux (corrélation positive), et l'épaisseur moyenne des sols du bassin (corrélation négative). Les corrélations sont généralement plus fortes pour les gammes de débits modérés, et diminuent pour les débits extrêmes. Pour les débits extrêmes, il apparaît que des facteurs autres que les caractéristiques générales du bassin jouent un rôle clé dans la formation des débits. La corrélation postive entre les tendances des débits et les caractéristiques du bassin en lien avec l'altitude mettent en évidence la plus grande vulnérabilité des bassin de montagne aux changements de précipitations et de températures de l'air. Cela semble corroborré par le fait que les corrélations statistiquement significatives les plus cohérentes sont observées en hiver et au printemps (en particulier pour les quantiles de hauts débits au printemps), où l'on s'attend à ce que l'influence des précipitations et des températures sur la production des écoulements soit la plus forte. Il a été montré que les changements de température sont particulièrement significatifs pour les bassins versants plus bas que 1000 m d'altitude en Suisse parce que la température moyenne hivernale à cette altitude est proche de 0°C et que des variations même petites de la température peuvent déterminer la nature des précipitations sous forme de neige ou de pluie (Scherrer et al., 2004).

L'une des suggestions de ce travail est que l'augmentation du débit hivernal, printanier et estival dans les bassins englacés est due à l'augmentation des températures, à la hausse des précipitations, ainsi qu'à la fonte accrue de la neige et de la glace. Ensemble, les résultats suggèrent que les bassins de montagne sont les environnements les plus vulnérables du point de vue du changement climatique, en raison de leurs caractéristiques physiographiques qui favorisent des écoulements rapides et en raison de leur sensibilité fondamentale aux changements de température qui affectent la pluie, les chutes de neige et la fonte.

Ces résultats montrent certaines connections entre les tendances des débits observés et les changements dans les variables atmosphériques, mais les auteurs ne prétendent pas que ceux-ci expliquent complètement la variabilité des débits. Ce qui reste non expliqué sont les tendances des débits dues aux changements continuels dans les autres caractéristiques des bassins versants tels que l'occupation et l'utilisation des sols, les changements naturels ou anthropiques dans le système fluvial, et autres. Bien qu'ils aient sélectionnés des bassins les moins perturbés possible, et qu'ils s'attendaient à ce que la plupart des changements (naturels) se produisent sur des périodes de temps plus longues que celle étudiée présentement, ils reconnaissent que ceux-ci contribuent à la variabilité hydrologique.

Cette étude présente une analyse statistique des tendances dans les enregistrements d'écoulement moyen journalier de 48 basssins versants en Suisse avec un régime d'écoulement non perturbé sur la période 1931–2000. Des analyses de tendances ont été effectuées avec le test non paramétrique de Mann–Kendall. Pour identifier les changements dans la distribution des débits quotidiens, une gamme de quantiles ont été étudiés sur une base annuelle et saisonnière pour trois périodes d'observation (1931–2000, 1961–2000 and 1971–2000). La significativité ("field significance") des tendances a été analysée ave une procédure bootstrap de Monte Carlo. Les tendances identifiées dans les débits ont été reliées aux changements observés dans les précipitations et dans les températures de l'air, et corrélées avec les caractéristiques des bassins versants.

Les données incluent les précipitations quotidiennes, et les minima et maxima quotidiens des températures de l'air mesurées aux stations météorologiques du réseau de MeteoSwiss. Les auteurs ont examiné non seulement les tendances dans la distribution de différents quantiles de précipitations, mais aussi les changements dans le nombre de jours pluvieux (définis ici comme les jours totalisant au moins 0,1 mm de précipitations mesurées). Pour permettre des comparaisons directes avec les données d'écoulement, les analyses ont été conduites sur les mêmes trois périodes d'étude.

Birsan & al. 2005 - A

Suisse:
Dans les fleuves situés au nord des Alpes, dont le bassin versant n’est pas construit, le débit de pointe a augmenté en hiver.
 
Birsan & al. 2005 in Frei & Widmer 2007 - E
Alpes suisses :
En 2003, les rivières qui sont alimentées par des glaciers ont enregistré des moyennes annuelles supérieures à la norme qui s'explique par l'accélération de la fonte des glaciers durant la période caniculaire. Dans les régions où il n' y a pas de glaciers, les débits des rivières ont été, à l'inverse, nettement inférieurs a la norme.

Les lacs ont été influencé de la même façon que les cours d'eau par les conditions météorologiques mais leur masse a eu un effet modérateur. Les lacs de faibles capacité dont les affluents ne sont pas alimentés par des glaciers ont été les plus touchés.
 

ProClim 2005 - R

Suisse :
Les écoulements ont augmenté de manière significative en hiver, en particulier pour les maxima annuels hivernaux (pour environ 60% des stations étudiées). Cette augmentation affecte également d'autres quantiles, spécialement pour les périodes récentes, mais dans une moindre mesure. Lorsqu'on regarde la période 1931-2000 dans son ensemble, on remarque que les tendances à la hausse et à la baisse s'équilibrent pour les faibles quantiles.

Les écoulements ont diminué de manière significative en été, en particulier pour les faibles quantiles d'écoulements estivaux. La période 1931-2000 dans son ensemble montre les changements les plus importants du régime d'écoulement. Les tendances à la baisse sont dominantes dans l'analyse sur 70 ans alors que les tendances à la hausse sont dominantes sur des périodes de 30 et 40 ans. La distribution spatiale de la significativité des tendances des maxima hivernaux pour la période 1971- 2000 a été mise en avant.

Le printemps et l'automne se comportent comme des périodes de transition entre l'hiver et l'été. Ils affichent des tendances à la baisse pour la période complète alors que les tendances à la hausse sont dominantes sur la période 1971-2000. Les tendances printanières sont semblables aux tendances annuelles la plupart du temps. L'automne semble plus influencé par l'été pour la période de 70 ans (tendances presque toutes à la baisse) et par l'hiver (tendances presque toutes à la hausse) pour les deux autres périodes. Sur une base annuelle, les tendances saisonnières s'équilibrent.


Sur une base annuelle, les tendances saisonnières s'équilibrent, ce qui entraîne plus de tendances à la hausse dans les quantiles inférieurs et plus de tendances à la baisse dans les quantiles supérieurs et maximum. Le pourcentage de tendances annuelles significatives décroît avec des séries plus courtes.

Les résultats de tendances d'écoulements de cette étude sont cohérents avec ceux d'autres études sur l'évolution des précipitations en Suisse menées par Widmann & Schär (1997) et Frei & Schär (2001), qui ont observé des augmentations de précipitations significatives en hiver. Cependant, il apparait que l'évolution des précipitations ne peut expliquer qu'une partie des tendances d'écoulements observées.
Les données utilisées dans cette étude sont des mesures d'écoulements moyens journaliers de 54 stations suisses. Les enregistrements continus ne sont pas influencés par les changements anthropiques majeurs et peuvent être considérés comme géographiquement indépendants (réseau de base de Pfaundler, 2001). L'analyse a été conduite pour trois périodes : 1971-2000 pour 54 sites, 1961-2000 pour 35 sites et 1931-2000 pour 17 sites du réseau.

Les données d'écoulements moyens journaliers ont été analysées grâce au test de tendance non paramétré de Mann-Kendall. Afin de trouver des ruptures dans la distribution des écoulements journaliers, une fourchette de quantiles sur des bases annuelles et saisonnières a été étudiée pour les 3 périodes d'observation. Deux approches ont été utilisées dans l'analyse des tendances : l'analyse des tendances a été menée pour les séries de données originales et des séries avec une corrélation de séries positive à lag-1 ont été prétraitées en appliquant un filtre autorégressif de premier ordre aux données avant l'analyse de tendances.

Bîrsan & al 2003 - P

Bassins de l'Ebre, du Rhône et du Pô :
Actuellement, aucune tendance significative n'a été détectée dans les données historiques (aux échelles annuelles, saisonnières ou journalières) de pluies et de débits de cent ans et plus en France, en Europe de l'Ouest et dans d'autres pays.
 

Duband 2003 - P

Bassin versant du Rhône :
Des tests statistiques appliqués à 8 stations de mesure en aval de Genève ont montré que l’hydrologie était stationnaire. Cependant, deux types de ruptures apparaissent, une en 1891, due à un aménagement artificiel des berges du lac Léman, une seconde dans les 1970s, avec des décennies humides dans le bassin après une période de calme (1940-1975). Un nouveau cycle de crues importantes a été détecté dans les dernières années, mais aucun lien avec des changements globaux n’a été établi.
 

Sauquet et Haond 2003 in Bravard 2006 - P

France :
Une analyse statistique des débits à 140 stations de mesure entre 1975 et 1990 montre une réduction des régimes nivaux au profit de régimes « transitoires » et une très forte irrégularité dans la saisonnalité des régimes.
 

Krasovskaia et al., 2002 in Bravard 2006 - P

Monde :
Au cours des dernières années, le ruissellement a eu tendance à croître là où les précipitations ont augmenté et à décroître là où elles ont diminué.

Europe :

Les débits des rivières ont eu tendance à augmenter là où les précipitations ont augmenté et à diminuer là où les précipitations ont diminué ces dernières années. [...] Les variations interannuelles de débit semblent être plus liées à des changements dans les régimes de précipitations que des changements de températures. Dans de grandes parties de l’Europe […], un décalage saisonnier des débits du printemps vers l’hiver a été associé non seulement à un changement des précipitations totales mais plus particulièrement à une hausse des températures : les précipitations sont plutôt tombées sous forme de pluie que de neige et ont donc atteint les rivières plus rapidement qu’auparavant. 
 

IPCC 2001- R: WG2

Alpes suisses :
L'effet de l'augmentation des précipitations (surtout depuis 1978) durant des hivers doux (dès 1988) sur des sols souvent non gelés et pauvres en couverture neigeuse, à des altitudes comprises entre 1000m et 1500m, contribue à une modification importante du cycle hydrologique en Suisse occidentale. Par la multiplication des phénomènes de gel/dégel durant un hiver, l'infiltration efficace est fortement accélérée durant la période de novembre à mars et engendre une saturation très précoce des sols de flysch peu perméables au printemps.

L'augmentation des précipitations en hiver et des températures minimales constitue un facteur aggravant non négligeable, avec un effet direct sur le niveau de la nappe phréatique en surface et la teneur en eau de dépôts meubles dans les versants préalpins d'altitude inférieure à 1500m.
 

Lateltin & al. 1997 - R: PNR31


Modélisations

 
Résultats de recherche et interprétations
Méthodes d'observation et d'analyse
Références
Alpine Space:
The Alps show a projected trend in potential evapotranspiration that is up to about an additional 50 mm/y in the valley bottoms and on the southern side, i.e. about +10% compared with current conditions. This will on one side correspond to more crop opportunities, but on the other side to generally higher crop water requirements. This is reflected in corresponding variations of the meteorological water balance. In higher and more central parts of the Alps, increased precipitation suggests positive changes in the meteorological water balance. On the Southern and less elevated sides of the Alps, however, increased potential evapotranspiration indicates possibility of conditions where water availability is limiting for crop growth.

Drought Index (de Martonne) suggests generally more arid conditions throughout the Alps, with the exception of some central and more elevated parts where the trend could be inverse. The index in itself has a comparative nature, as it is a conventional ratio of precipitation and temperature. The variation of the index provides the relative intensity and sign of aridity changes across the region. The spatial pattern is similar to the one of the meteorological water balance.

The projected Nesterov index for fire danger shows that, while the eastern Alps are projected to experience minor increase of forest fire danger, the western (Maritime) Alps are predicted to be much more at risk under climate change due to combined aridity and higher temperature effects. The southern foot of the Alps is also generally more at risk.
 The results for climate change scenarios as part of EURAC’s contribution to WP4 ‘Vulnerability Assessment’ of the Alpine Space project CLISP are summarized in this report. These climate change scenarios were calculated on the basis of eight climate scenarios available from national sources (Umweltbundesamt Deutschland) or EU-projects (FP6 ENSEMBLES) [Cf. Temperature + Precipitation]. The meteorological water balance is defined as the difference of precipitation sum and the sum of potential evapotranspiration. It can be used as indicator where reduced rainfall in combination with higher potential evapotranspiration will contribute to higher requirement for irrigation water. In turn, potential evapotranspiration can be seen as an indicator of water demand from crops under given climate conditions. In any case and depending on the parameter at stake, the results will contain uncertainty and represent a large range of possible intensities of impacts. Particularly those impacts relying on parameters with higher uncertainties should be interpreted with care. Another aspect is the considered mean value for the whole region. It should always be kept in mind that the values represent an aggregate number and is not representative for valleys nor for altitudes over 1500, but covering the whole range of altitudes of the model region or the Alps.

EURAC 2011 - R: CLISP

Espace Alpin:
Les sécheresses devraient augmenter en gravité et en fréquence du fait du changement climatique. Toutefois, une évaluation quantitative fiable de cette tendance est loin d’être atteinte. À l'heure actuelle, une approche standard consiste à utiliser des scénarios climatiques pour modifier les précipitations et les températures en entrée des modèles hydrologiques. Cela permet de simuler les débits et la disponibilité en eau sous des scénarios de changement climatique, et s’applique facilement sur les secteurs où un modèle hydrologique ne peut être durable calibré.

Un tel exercice a été développé dans les régions modèle le la province d’Alessandrie et du canton des Grisons dans le projet CLISP. Les résultats indiquent que pour la province Alexandrie, qui est déjà une zone relativement sujette à la sécheresse au regard du contexte alpin, les variations des entrées climatiques induisent des changements hydrologiques qui correspondent pratiquement à la variabilité naturelle des conditions actuelles. Au contraire, dans plusieurs zones riches en eau telles que les Grisons, un changement dans les régimes hydrologiques de nival et glaciaire à pluvial aura des impacts considérables sur la disponibilité en eau.

Ce rapport présente les résultats des scénarios de changement climatique produits dans le cadre de la contribution de l'EURAC au WP4 « évaluation de la vulnérabilité » du projet Espace Alpin CLISP. Ces simulations ont été calculées sur la base de huit scénarios climatiques disponibles gratuitement auprès de sources nationales (Umweltbundesamt Deutschland) ou européennes (projet ENSEMBLES du 6e PCRD) [Cf. Températures + Precipitations].
Les analyse menées au sein du projet CLISP ont porté sur 10 régions modèles de l'Espace Alpin (pour la plupart de niveau NUTS-3) situées en Autriche (Oberösterreich, Liezen, Pinzgau-Pongau), Allemagne (Berchtesgaden, Miesbach), Slovénie (Gorenjska), Italie (Province autonome de Bolzano-Alto Adige, Communità Monte Suol D'Aleramo et Communità Montana Alta Val lemme e alto Ovadese), Suisse (Grisons) et au Lichtenstein.

EURAC 2011 - R: CLISP

Alpes suisses :
Un échantillon comprenant 20 glaciers de différentes géométries, tailles et expositions a permis d'étudier la réaction des glaciers aux changements climatiques dans le sud-est des Alpes suisses (Engadine, Val Poschiavo, Val Bregaglia). Dans les bassins versants glaciaires, de fortes variations sont projetés dans les composantes du bilan hydrologique. En utilisant un modèle combiné forcé par des scénarios climatiques régionaux pour simuler l’évolution des glaciers en 3D et l’écoulement des cours d’eau pour le 21ème siècle. On s’attend à un retrait significatif des glaciers dans la zone d'étude au cours des prochaines décennies. La plupart d'entre eux vont disparaître dans la deuxième moitié du 21e siècle. Le cycle hydrologique est fortement affecté. Les projections effectuées prévoient une diminution de la surface des glaciers de 63% jusqu'en 2050 et une augmentation des pertes annuelles au cours des trois prochaines décennies pour les bassins versants à fort englacement. En 2100, les résultats du modèle indiquent un changement dans le régime hydrologique et une diminution de 23% de l’écoulement annuel attribué à l'augmentation de l'évapotranspiration et à une forte réduction de la contribution de la fonte des glaciers.
En utilisant un modèle distribué d’accumulation et de fusion basé sur un indice de température, des séries chronologiques de bilan de masse ont été dérivées à une résolution saisonnière à partir de 1900. Le modèle a été calibré en utilisant les changements de volume de la glace obtenus à partir des différences calculées entre des modèles numériques de terrain. Des mesures ponctuelles in situ de bilan de masse annuel et d'accumulation hivernale étaient disponibles pour certains glaciers et des longues séries de débits ont été utilisées pour la validation du modèle. Un modèle glacio-hydrologique forcé par des scénarios climatiques régionaux fournit des estimations de l'impact du changement climatique sur l'étendue des glaciers et du cycle hydrologique dans le sud-est des Alpes suisses.

Huss & al. 2010b- A

Bassins versants de la Dischma et de l'Inn (Alpes suisses orientales) :
Le changement majeur visible quand on compare le débit de la simulation de référence et ceux des scénarios de changement climatique est un fort pic de crue début mai dans les scénarios de changement climatique, qui n'est pas visible dans la simulation de référence. C'est le début de la fonte des neiges dans le bassin versant, qui se produit un mois plus tôt que la référence dans les deux scénarios. Il y a deux observations à faire : (i) le pic de crue de fonte des neiges n'est pas seulement plus tôt mais aussi plus prononcé pour le bassin de la Dischma ; (ii) le pic de fonte plus fort est plus concentré en fin de printemps / début d'été, tandis qu'il s'étend sur une période plus longue sous le climat actuel. Cela signifie que la neige contribue à la formation du débit sur une période beaucoup plus courte, mais qu'en même temps, la probabilité de crue de printemps pourrait augmenter. Les deux scénarios sont qualitativement similaires, avec tout de même des différences dans l'intensité du débit de fonte des neiges. Les deux scénarios se rejoignent à nouveau en juin, où ils indiquent que l'influence de la fonte des neiges sur le débit devient négligeable dans le bassin versant pour les deux scénarios. Au cours de l'été, le débit est alors déterminé par la pluie. Au contraire, la simulation de référence montre une influence de la neige sur le débit jusqu'à début août, qui est donc significative pendant une grande partie de l'année.
Pour le bassin de l'Inn, le pic de crue au printemps n'est pas aussi prononcé que pour la Dischma. Le bassin versant de l'Inn étant plus sec que celui de la Dischma, en particulier en hiver, le débit de printemps dépend de l'accumulation de neige à la fin de l'automne. Comme selon le scénario A2, les événements de précipitations se produisent sous forme liquide pour une part beaucoup plus importante des bandes d'altitude, il y a moins de neige disponible pour la fonte printanière. Ainsi, malgré une période de fonte plus précoce et plus courte pour le bassin de l'Inn, il n'y a pas d'augmentation de l'amplitude de la crue printanière. De plus, les altitudes plus basses ne sont plus en mesure de produire un couvert neigeux, et ainsi, ne peuvent plus contribuer au débit au printemps. Cela contraste avec la simulation du bassin de la Dischma, qui comporte une gamme plus étroite d'altitudes, et donc la part des bandes d'altitudes libres de neige est insignifiante. Finalement, la distribution plus homogène des expositions de la simulation du bassin de l'Inn signifie que les effets d'ombrage n'ont pas un fort impact sur le débit (une bande d'altitude donnée font de manière plus uniforme) comparée au bassin de la Dischma.
Une autre caractéristique des données est l'occurrence de forts pics de débit en fin d'automne : dans la simulation de référence pour les deux bassins, les événements de précipitation à cette époque de l'année produisent de la neige jusqu'à 1600 m d'altitude, ne conduisant pas à une augmentation significative du débit. Dans le scénario de changement climatique, il n'y a pas de neige au-dessous de 2200 m d'altitude, et des pics de crue significatifs sont créés. De nouveau, comme le bassin de l'Inn comporte une proportion significative de basses altitudes, cet effet est amplifié et pourrait augmenter le risque d'inondation.
Dans cet article, les auteurs présentent des simulations de modèle d'impact du changement climatique sur la neige et les débits de deux bassins versants alpins, la Dischma et l'Inn (43 km² et 1945 km², respectivement).
Ils ont utilisé le modèle Alpine3D, qui fournit une représentation détaillée des processus en particulier pour la neige, et apparaît ainsi particulièrement adapté pour les études de changement. Ce modèle est basé sur une application complètement distribuée de SNOWPACK, qui est un modèle avancé du développement du manteau neigeux. La description de la colonne de neige en un point fournie par SNOWPACK inclut un module paramétrique pour la végétation. La dynamique de la neige et des sols sont représentées numériquement par un grand nombre arbitraire de couches. La haute résolution des couches de surface de neige ou de sol permet d'effectuer un bilan d'énergie plus précis en surface et de décrire le transport vertical de l'eau dans la neige ou dans le sol avec un simple modèle de réservoir.
Pour générer en entrée du modèle des données représentatives du futur climat, les données d'observation ont été altérées avec les changements attendus tels que prédits par un jeu de modèles climatiques régionaux (RCM) ayant participé au projet PRUDENCE (Prediction of Regional scenarios and Uncertainties for Defining European Climate Change Risks and Effects). Un sous-ensemble de 12 sorties de modèles a été sélectionné pour fournir des simulations des changements de températures, de précipitations et de rayonnement de grande longueur d'onde entre une période de référence, 1961–1990, et une période future, 2071–2100, pour deux scénarios standards du GIEC d'émission de gaz à effet de serre, SRES A2 et B2.
Afin d'explorer la fiabilité de la méthode utilisée dans cette étude, une simulation de référence avec Alpine3D a été définie en utilisant en entrée les données météorologiques non modifiées. Les sorties de cette simulation de référence ont été comparées aux mesures pour vérifier la précision de la simulation (les résultats sont jugés satisfaisants).

Bavay & al. 2009 - A

Alpes :
Des augmentations des volumes d'écoulement et de débit remarquables ont été calculées pour la région de Lavanttal (Autriche) en considérant les effets possibles des changements climatiques (Regional Office of Carinthia, Department of Water Economy, 2008).

Un effet indirect de l'augmentation des températures moyennes est l'élévation de la limite pluie/neige. Dans les régions des Alpes du Nord en-dessous de 1500 m d'altitude, on s'attend à une augmentation des pics de crue en hiver en raison des plus grandes quantités d'eau dans le sol, de l'élévation de la limite pluie/neige et d'une augmentation des précipitations liquides (KOHS, 2007).

Région Autonome de Bolzano - Sud Tyrol (Alpes italiennes) :
Une grande variabilité spatiale dans la sensibilité des bassins versants de torrent à des impacts spécifiques du changement climatique a été mise en évidence :
- Les écoulements de presque tous les bassins versants de torrent devraient augmenter en été;
- Les écoulements hivernaux devraient augmenter seulement dans les bassins versants torrentiels ayant un fort pourcentage de leur superficie totale en-dessous de 2000 m;
- En été, la charge de fond devrait augmenter dans les secteurs de haute montagne et diminuer dans les bassins versants sub-montagnards;
- En hiver, la charge de fond devrait augmenter dans quelques bassins versants torrentiels de montagne mais ne devrait pas évoluer dans la plupart des bassins versants;
- Dans quelques bassins versants à dépôts récents, une diminution des événements extrêmes est mise en évidence;
- Dans quelques bassins versants à dépôts anciens, une augmentation des événements extrêmes est mise en évidence;
- La fréquence des laves torrentielles de faible intensité et les processus de transport sédimentaire devraient augmenter dans la plupart des bassins versants torrentiels.
Synthèse bibliographique pour les Alpes.

Les suppositions de base pour les conditions climatiques futures potentielles sont les suivantes :
- Les températures moyennes quotidiennes estivales et hivernales augmentent;
- Les cumuls moyens de précipitation diminuent ou restent constants en été;
- Les cumuls moyens de précipitation augmentent en hiver;
- L'intensité et la fréquence des précipitations extrêmes brèves augmentent en été et en automne.

Les facteurs suivants présentent des variations spatiales et ont été considérés comme appropriés pour définir la sensibilité des bassins versants torrentiels aux changements climatiques :
- Pourcentage de secteurs situés entre 1000 et 2000 m d'altitude. Une valeur-seuil de 50% de ces secteurs par rapport à la surface totale du bassin versant a été choisie.
- Caractéristiques des zones de dépôts mobilisables : si le pourcentage de secteurs avec des dépôts anciens excède 30 % du bassin versant total, les torrents sont considérés comme érodant des dépôts anciens.
- Zones de dépôts mobilisables disponibles : la sensibilité de l'activité torrentielle face aux changements climatiques augmente avec la proportion de zones de dépôts mobilisables au sein du bassin versant.
- Dégradation du permafrost : les bassins versants sont considérés comme sensibles si plus de 30 % de leur superficie est soumise à une dégradation du permafrost.
- Secteurs avec d'importants écoulements superficiels : la sensibilité aux changements climatiques des rivières et des rivières torrentielles augmente avec la proportion de secteurs à capacité de stockage en eau réduite au sein du bassin versant.

Staffler & al. 2008 - A

Alpes :
La comparaison du ruissellement de la période 1961-1990 dans les Alpes avec le ruissellement potentiel pour la période 2071-2100 montrent une augmentation marquée du ruissellement hivernal et printanier (d’où un risque plus important de crues) et une diminution importante du ruissellement estival et automnal (d’où un risque accru de sécheresse).
 

Beniston 2007 - C

France :
Les modèles hydrologiques ont permis de montrer que l'évolution observée sur les débits (augmentation des maxima annuels et aggravation des crues) semble cohérente avec le comportement des pluies pour la région Nord-Est, la transformation pluie-débit n'étant apparemment pas responsable de ce changement. Pour les Alpes, un lien entre l'augmentation des températures et une modification de la saisonnalité des écoulements liés à la fonte a été mis en évidence.
Comparaison de l'évolution observée des débits avec celle obtenue par une modélisation hydrologique : pour la région continentale, l'évolution des crues pluviales à partir du modèle GR4J (Perrin, 2000) et pour les Alpes, l'évolution des crues nivales à partir du modèle MORDOR (Paquet, 2004).

Lang & Renard 2007 - P

Glissements de Super-Sauze et Boisivre (vallée de l'Ubaye / bassin de Barcelonnette, Alpes françaises) :
Le modèle hydrologique simule une diminution générale à la fois des niveaux piézométriques et des quantités d'eau stockées dans les niveaux non-saturés au siècle prochain. Cela est particulièrement le cas pour le glissement de Boisivre, avec une diminution moyenne du niveau piézométrique d'environ. -2,3 m en comparaison avec le climat de référence. L'abissement des niveaux piézométriques s'explique par une diminution marquée de la porosité effective du sol (par exemple dans le niveau supérieur du sol non-saturé) avec le climat modifié, d'où résulte une moindre percolation verticale vers la zone saturée. Ce résultat doit être relié à une évapotranspiration potentielle plus forte dans le climat modifié que dans le climat de référence pour ce glissement situé sur un versant exposé au sud de la vallée de l'Ubaye.

À Super-Sauze (1800m d'altitude), le niveau piézométrique moyen est abaissé d'environ -0,6 m avec le scénario de changement climatique. Ce résultat peut s'expliquer par la variation relativement faible des précipitations annuelles sur le versant exposé au nord dans le climat modifié. En terme d'apport en eau, la diminution des épaisseurs de neige semble être compensée par de plus grandes quantités de précipitations liquides au cours de la saison hivernale, ce qui ne modifie pas le comportement hydrologique du glissement.

La modélisation des eaux souterraines est obtenue par comparaison entre l'hydrologie modifiée (2069-2099) et l'hydrologie de référence (1969-1999), basée sur les impacts moyens (sur 30 ans) de la simulation ARPEGE-IFS avec le scenario A2 du GIEC sur plusieurs paramètres météorologiques, avec le modèle SAFRAN, et sur une simulation détaillée du manteau neigeux réalisée avec le modèle CROCUS.

Le modèle Hydrologique de Pente utilise les précipitations nettes, la température et la radiation nette, ainsi que des caractéristiques géométriques et hydrologiques, pour simuler les écoulements à l'intérieur du versant. Le modèle hydrologique consiste en trois réservoirs reposant sur le socle rocheux imperméable sous-jacent. Il décrit les écoulements transitoires saturés et non-saturés dans les directions latérales et verticales, en supposant que l'eau est librement drainable. Le stockage (conditions antécédentes d'humidité du sol) et les flux (précipitaions, infiltration, évaporation, ruissellement superficel, percolation dans la zone non-saturée, écoulement latéral saturé) sont considérés dans les differents réservoirs et définissent le bilan hydrologique du système. Les simulations ont été effectuées avec l'ensemble des données météorologiques de surface pour les périodes 1969-1999 et 2069-2099. Les sorties du modèle consistent en la moyenne des niveaux piézométriques de 100 simulations.

Malet & al 2007 - P

Bassin versant du Rhône (France) :
Pour le bassin versant du Doubs, le régime pluie/neige passe à un régime pluie avec une augmentation des débits en décembre et janvier et une diminution au printemps sans changements significatifs pour le total des débits annuels.
Pour le bassin versant de la Saône, le régime pluie reste le même, mais les débits diminuent en été.
Pour le bassin versant de l'Isère (Alpes du Nord), les maximums se décalent d'avril à mars, le maximum hivernal augmente et le minimum estival diminue de 50%.
Dans les Alpes du Sud, au cours des années sèches, le bassin versant de la Durance expérimente une fonte précoce et très rapide de la neige résultant en un pic de crue plus précoce et une baisse des débits estivaux. Les changements simulés prévoient "une réduction annuelle des débits annuels de la rivière et de l'humidité du sol, diminuant jusqu'à 30% pour certaines valeurs".

Cependant, si la réduction de la chute de neige et une fonte plus précoce de la neige (à cause des températures de l'air plus élevées) induisent une diminution de la profondeur de neige de 50% et de la durée de l'enneigement d'un mois. Le manteau neigeux à haute altitude est moins touché car malgré l'augmentation des températures, la moyenne reste en dessous de 0°C.

Le bassin versant de l'Ardèche subirait "une réduction significative du débit estival" et une réduction importante du contenu en eau du sol, reflétant une réduction importante des précipitations dans cette zone. Le programme GICC-Rhône a étendu ces conclusions a l'ensemble du bassin versant français du Rhône.

Les débits annuels et les étiages diminuent (de mai à septembre), mais les forts débits augementent. Les basses eaux pourrait être réduits de 40-50% vers l'embouchure du Rhône.

les débits printaniers liés à une fonte de la neige diminuent car le réchauffement du climat réduit la hauteur et la durée de la couverture neigeuse, et la fonte de la neige se produit un mois plus tôt.

Le comportement des rivières en hiver dépend des différents scénarios, mais généralement l'augmentation des précipitations hivernales induit une augmentation des débits hivernaux.
Le modèle couplé ISBA-MODCOU a été utilisé dans trois zones du bassin versant du Rhône pour une année chaude et ensuite testé pour les prédictions de changements (Noilhan et al., 2000; Etchevers et al., 2001; Etchevers & Martin, 2002; Leblois, 2002; Leblois & Grésillon, 2005)

Bravard 2006 - P

Alpes suisses :
Une part significative de la réduction du débit est due à l'augmentation prévue de l'évapotranspiration. Pour les bassins versants actuellement couverts de glace, cette augmentation est en partie une conséquence du retrait glaciaire significatif qui aboutit à une augmentation des secteurs dépourvus de glace dans le bassin versant, où l'évaporation est soustraite des précipitations. De plus, l'augmentation substantielle des températures tout au long de l'année renforce l'évapotranspiration totale dans les secteurs dépourvus de glace.
En conséquence, tous les bassins versants affichent une forte augmentation de l'évapotranspiration totale. Cette augmentation devrait être moins importante en été qu'en hiver : même si l'augmentation des températures est prononcée en été, l'évapotranspiration estivale sera limitée en raison des précipitations réduites.
Les scénarios de changement climatique analysés sont le résultat de 19 simulations de modèles climatiques régionaux obtenues pour la période 2070-2099 et basées sur deux scénarios d'émission de gaz à effet de serre différents et trois modèles de circulation globaux couplés océan-atmosphère différents. La réponse hydrologique de 11 bassins versants de montagne des Alpes suisses aux scénarios climatiques est simulée par un modèle conceptuel de transformation précipitations-écoulements.
L'évapotranspiration réelle est déterminée comme une fonction de l'évapotranspiration potentielle (PET) et du taux de recharge du sol en eau. Les données de PET sont tirées des séries mensuelles de PET évaluées par New et al. (2000) pour la période de contrôle 1961-1990.

Horton & al. 2006 - A

Alpes suisses :
Changements de débits

Les débits annuels simulés montrent une diminution significative comparés à la période de contrôle, pour tous les bassins versants et pour toutes les simulations climatiques. La diminution médiane se situe entre -26 % (Drance de Bagnes) et -12 % (Vorderrhein) pour le scénario B2 et entre -30 % (Drance de Bagnes) et -14 % (Vorderrhein) pour le scénario A2. A noter que la diminution moyenne des débits simulés peut être surestimée à cause de la simulation fortement simplifiée du retrait des glaciers.

La diminution considérable des débits annuels moyens a plusieurs raisons, la plus évidente étant la diminution des précipitations annuelles moyennes. Une autre part significative de la réduction du débit est due à l'augmentation prévue de l'évapotranspiration. Cette augmentation devrait être moins importante en été qu'en hiver : même si l'augmentation des températures est prononcée en été, l'évapotranspiration estivale sera limitée en raison des précipitations réduites.

L'importante variabilité des changements de précipitations annuelles simulées par les différents modèles climatiques et la variabilité significative des changements pour l'évapotranspiration simulée expliquent l'ampleur des différences de diminution des écoulements annuels moyens. Si la diminution maximale de débit prévue est significativement plus haute pour le scénario A2 que pour le scénario B2, les diminutions médianes et minimales obtenues pour les deux scénarios sont tout à fait comparables. La variabilité mise en évidence est principalement due aux différences entre les modèles.

Changements des régimes hydrologiques
Toutes les simulations montrent des changements significatifs des régimes hydrologiques et des tendances semblables. Les débits estivaux diminuent significativement, les débits hivernaux augmentent et le pic induit par la fonte des neiges se produit plus tôt dans l'année et diminue dans la plupart des cas. En raison de la réduction substantielle des secteurs englacés, les régimes glaciaires purs ont tendance à disparaître. Les changements sont très semblables pour les bassins versants ayant le même régime actuellement, indépendamment de leur situation géographique. Les changements modélisés pour le scénario B2 ont tendance à être augmentés pour A2. Le décalage médian simulé du débit maximal mensuel ou bimensuel est, par exemple, d'environ 15 jours pour B2 et un mois pour A2. Toutefois, les résultats sont très variables selon les RCM. Pour de nombreux bassins versants, la principale différence par rapport aux types de régime actuels est l'apparition d'un petit pic secondaire en automne qui n'existe pas dans les régimes intra-alpins actuels, mais seulement dans les régimes du Sud des Alpes.

A noter que le glissement d'un régime hydrologique glaciaire ou nival à un régime nival ou pluvial sera associé à une modification de la variabilité interannuelle des débits. Pour les bassins versants de haute altitude par exemple (bassins versants dont les glaciers couvrent actuellement plus de 15 % de la superficie), le coefficient de variation des débits annuels devrait augmenter d'environ 85 % pour le scénario A2. La variabilité interannuelle des débits saisonniers change aussi de manière significative en raison d'une modification importante des propriétés de stockage provisoire de l'eau de ces bassins versants de montagne.

Pour les bassins versants de haute altitude, les modifications des régimes sont fortement conditionnées par les changements des températures saisonnières. Le débit mensuel maximal simulé est, par exemple, fortement corrélé au changement des températures moyennes printanières. Pour les bassins versants d'altitudes inférieures, l'influence de la modification des précipitations est plus prononcée et la variabilité des impacts du changement climatique est principalement due à la grande fourchette des changements de précipitation régionaux prévus.
Les 11 bassins versants analysés (Drance de Bagnes, Saaser Vispa, Lonza, Rhône à Gletsch, Weisse Lütschine, Minster, Tamina, Vorderrhein, Dischmabach, Rosegbach et Verzasca) ont été choisis afin de représenter les sept zones hydro-climatiques des Alpes suisses et les différents régimes hydrologiques de montagne de ces zones.

La simulation du comportement des bassins versants pour différentes périodes de temps a été réalisée à partir d'un modèle hydrologique pour la conversion précipitations-débits, et d'un modèle d'évolution d'affectation des sols. Le seul changement d'affectation des sols retenu ici est la modification de la superficie couverte par les glaciers.

Le modèle glacio-hydrologique a besoin de trois séries en entrées, à savoir les précipitations quotidiennes, l'évapotranspiration potentielle quotidienne (PET) et la température quotidienne moyenne. Pour tous les bassins versants, les précipitations et les températures sont fournies par les stations météorologiques voisines. La simulation des débits hydrologiques est effectuée à un pas de temps quotidien par un modèle conceptuel appelé GSM-SOCONT.


Le modèle a 7 paramètres à calibrer (4 pour les captages sans glacier). Le calibrage et la validation ont été entrepris sur deux périodes de 10 ans consécutives (1971-1980 et 1981-1990 respectivement, pour la majorité des captages). Le modèle calibré a de bons résultats pour tous les bassins versants, à la fois pour la période de calibrage et celle de validation.

Chaque expérience de RCM (modèle climatique régional) comprend une simulation pour la période 1961-1990 (contrôle) et une simulation pour la période 2070-2099 (projection). Pour chaque expérience de RCM, les conditions aux limites de la zone d'étude ont été obtenues à partir d'un des trois AOGCM (modèle climatique global couplé océan-atmosphère) utilisés dans PRUDENCE. Les expériences des AOGCM ont été menées pour les deux scénarios d'émission de gaz à effet de serre A2 et B2. Dans cette étude, neuf RCM ont été utilisés. Au total, les sorties de 19 expériences de RCM sont disponibles : 12 pour le scénario A2 et 7 pour B2.

Horton & al. 2006 - A

Monde :
Les prévisions des températures de surface proposées par les GCM amènent à penser avec un degré de confiance élevé que les futurs changements de saisonnalité des ressources en eau concerneront principalement les régions dominées par un caractère nival. Dans un climat plus chaud, la neige va fondre plus tôt dans l'année qu'auparavant et dans certains endroits, ce processus est déjà à l'oeuvre (Amérique du Nord). Ceci voudrait dire moins d'accumulation neigeuse en hiver et un pic de crues plus tôt au printemps.

A une échelle globale, les changements les plus importants pour le cycle hydrologique à cause d'une augmentation des températures sont prévus pour les bassins versant à caractère nival de moyennes et hautes latitudes, parce que l'augmentation ou la diminution du manteau neigeux change fondamentalement la capacité de la couverture neigeuse à agir comme un réservoir d'eau. Des études dans différentes parties du monde indiquent que les régimes des débits à caractère nival sont plus sensibles à une augmentation des températures hivernales.

 

Barnett & al. 2005 - A

Bassin Versant du Rhône (France) :
Pour le Rhône dans son ensemble, ainsi que pour la Saône et l’Ardèche, les eaux moyennes et les étiages ont tendance à diminuer alors que les hauts débits ont tendance à augmenter. Pour la Durance, au régime nival, une diminution du pic de fonte et un moindre maigre hivernal sont observés. Mais ces conclusions sont fortement dépendantes du scénario retenu.

Les écoulements sont susceptibles de diminuer de mai à novembre, mais l'évolution hivernale dépend du scénario retenu. La diminution de l'écoulement printanier, conséquence de la diminution de la composante nivale, est la conclusion la plus nette qui a été tirée de l'étude.

La fonte du manteau neigeux se produisant plus tôt et les précipitations neigeuses diminuant, les forts débits printaniers sont généralement réduits et apparaissent 1 mois plus tôt. Les débits hivernaux augmentent sensiblement (davantage de pluies) alors que les débits estivaux sont réduits de 50% (assèchement plus marqué des sols). Ces tendances générales sont reproduites par tous les scénarii, à des degrés divers.
Evaluation du changement climatique global avec un scénario de doublement du taux de CO2 grâce à 4 modèles de circulation atmosphérique (basse et haute résolution).
Modélisation hydrologique et détermination de 6 scénarii combinant des variables climatiques observées (données provenant de 131 stations réparties sur le bassin versant sur la période 1981-1997) avec les anomalies simulées pour les températures et précipitations.
Application des scénarii de forçage climatique à 5 modèles hydrologiques différents (Modcou, ISBA-Modcou, Marthe, CEQUEAU, Ecomag) couvrant la partie française du bassin versant du Rhône.

GICC Rhône 2005 - R

Bassin versant du Rhône (France) :
Une étude détaillée a été réalisée sur les impacts potentiels du changement climatique sur les régimes des débits de 11 petits bassins versants (à l’intérieur du bassin versant du Rhône) avec des surfaces englacées entre 0 et 50% et des altitudes comprises entre 1340 et 2940m et des régimes hydrologiques différents (Horton et al.. 2005 ; Schaeffli 2005). Des prédictions ont été développées pour des scénarios de +1°C (attendu pour 2020-2049) et deux scénarios avec des émissions de gaz à effet de serre renforcées (période 2070-2099 : + 2.4°C à + 2.8°C et + 3.0°C à + 3.6°C, avec des taux plus importants que la moyenne en été).

Voici les conclusions pour le scénario + 1°C :
Diminution des précipitations annuelles.
Augmentation des précipitations hivernales, avec des pics de crues plus élevés.
Diminution des précipitations estivales
Diminution importante des zones englacées, à cause de l’augmentation importante des températures estivales ; les régimes seront surtout gouvernés par la fonte des neiges au cours du 21e siècle.
Diminution de l’amplitude des débits
Diminution significative des débits annuels (5-15% pour le scénario + 1°C) à cause de la réduction des précipitations, l’augmentation de l’indice d’évapotranspiration, la diminution à long terme de la surface et des débits des glaciers.

Horton et al.. (2005) ont prévu une diminution significative des débits annuels et un décalage dans les débits maximum mensuels plus tôt dans l’année à cause de l’augmentation des températures et l’impacts sur la fonte du manteau neigeux. A des altitudes moins élevées, l’influence des précipitations est plus marquée et la variabilité des changements climatiques prévus est surtout la conséquence de la large fourchette de résultats proposée pour les changements de précipitation à l’échelle régionale
Synthèse bibliographique

Horton et al. 2005 ; Schaeffli 2005 in Bravard 2006 - P

Europe :
La réponse du cycle hydrologique continental européen est marquée par l'avancement du pic de fonte nivale et par l'amplification du cycle saisonnier des humidités de surface, du fait de l'amplification du cycle saisonnier des précipitations.

L'évolution du cycle hydrologique de surface sous l'effet du changement climatique a aussi été analysée par Douville et al. 2002. Ils concluent que la fonte plus précoce de la neige devrait conduire en Europe à un avancement du pic printanier des écoulements.
Dans le cadre du projet international Coupled-Model Intercomparison Project (CMIP), Covey et al. ont analysé les résultats de 18 modèles couplés océan-atmosphère simulant l'impact climatique d'une augmentation de la concentration du CO2 atmosphérique à un taux régulier de 1 % par an.

Planton & al 2005 - A

Bassins du Thur et du Tessin (Alpes suisses) :
L'évapotranspiration (ET) augmente de manière significative pour toutes les expériences et pour les deux régions. La moyenne des 17 scénarios met en avant une augmentation d'environ 16 % du taux d'ET annuelle par rapport à la période de contrôle. L'indice d'humidité ET/PET (ET potentielle) présente des valeurs significativement inférieures pour la période 2081-2100. C'est particulièrement vrai en été (JJA). Comme pour l'évolution future d'ET/PET, les projections de teneur en eau du sol (SWC) présentent des valeurs à la baisse pour les deux bassins pour la plupart de l'année, en particulier pendant la période de végétation. La réduction relative de SWC est de 7.2 % (bassin du Thur) et de 7.7 % (bassin du Tessin) pour la moyenne annuelle et de 9.7 et 16.2 % respectivement pour la moyenne au cours de la période de végétation, d'avril à août.
Les plus petits changements d'humidité du sol et de l'indice d'humidité ont été obtenus avec les scénarios climatiques SDT_P15. L'augmentation uniforme de 15 % des P compense presque la diminution potentielle de ET/PET et SWC induite par T.

En hiver (DJF), le débit augmente en moyenne de 14 % (Thur) et 31 % (Tessin), alors qu'il diminue de 16 % (Thur) et 33 % (Tessin) en été (JJA). Le débit annuel moyen diminue d'environ 6 % (Thur) et 10 % (Tessin) par rapport à la période de référence. Selon le scénario choisi, les résultats différent fortement; pour le débit annuel moyen, les changements sont compris entre -17 et +7 % pour le bassin du Thur et entre -22 et +4 % pour le bassin du Tessin. En général, des changements significatifs du débit sont projetés au printemps (et début d'été), principalement en raison des conditions d'enneigement fortement perturbées. En conséquence, les pics de débit projetés se produisent plus tôt et sont considérablement réduits. De plus, les changements de débit les plus marqués sont localisés dans les secteurs où celui-ci est principalement contrôlé par la dynamique neigeuse.
Avec les scénarios climatiques SDT_P15, l'augmentation uniforme de 15 % des P compense presque la diminution potentielle de ET/PET et SWC induite par T. Selon les projections SDT_P15, des augmentations de débit sont mises en évidence non seulement en hiver, mais également en été, indépendamment du choix du scénario.
L'évolution possible du bilan hydrique naturel par rapport à 1981-2000 (Thur) et 1991-2000 (Tessin) a été examinée à partir du modèle hydrologique WaSiM-ETH avec un jeu de 23 scénarios climatiques régionaux pour les températures (T) et précipitations (P) mensuelles moyennes. Les scénarios ont été conduits pour la période 2081-2100 et obtenus grâce à une technique d'extrapolation statistique des sorties de 7 modèles climatiques globaux.

Jasper & al. 2004 - A

Europe :
La diminution annoncée des débits annuels pour le Sud de l’Europe est confirmé par Menzell et Burger (2002) qui ont travaillé sur l’Allemagne, et ils suggèrent également que les pics de crue seraient réduits de manière substantielle. Un modèle de Eckhardt et Ulbrich (2003) pour le massif rhénan en Allemagne ont trouvé que les moyennes mensuelles des recharges en eau du sol et les débits pourraient être réduits jusqu’à 50%.
Revue bibliographique.

Menzell & Ulbrich 2003 in Goudie 2006 - A

Rhin :
Les modèles suggèrent que les débits du Rhin deviendraient beaucoup plus saisonniers d’ici à la fin du siècle, avec une augmentation moyenne des débits moyens estivaux de 30% [Shabalova et al.,2003]. La diminution des débits estivaux est principalement reliée à une diminution attendue des précipitations, combinée avec une augmentation de l’évapotranspiration. Des augmentations des débits hivernaux seront causées par une combinaison des hausses des précipitations, une réduction de la couverture neigeuse et une fonte de plus en plus précoce. La fonte des glaciers dans les Alpes contribue également au débit du Rhin. Une fois que ces glaciers auront commencé de disparaître, cette contribution diminuera ensuite de manière drastique, et cessera éventuellement.
Revue bibliographique.

Shabalova & al 2003 in Goudie 2006 - A

Europe :
L'évolution du cycle hydrologique de surface sous l'effet du changement climatique a aussi été analysée par Douville et al. [2002]. Ils concluent que la fonte plus précoce de la neige devrait conduire en Europe à un avancement du pic printanier des écoulements.

L'humidité des sols serait augmentée en hiver, particulièrement sur le Nord de l'Europe, à la fois du fait de l'augmentation des précipitations et de cette fonte plus précoce. En été, au contraire, l'humidité des sols devrait diminuer, en liaison avec l'augmentation de l'évaporation, notamment au printemps, et avec la baisse des précipitations estivales.

Le changement climatique aurait donc pour effet moyen de renforcer le cycle saisonnier de l'humidité des sols.
 

Douville & al 2002 dans Planton & al 2005 - A

Isère :
Le bassin versant de l'Isère verrait son accumulation maximale neigeuse réduite de 30 à 50%, avec une disparition quasi complète pendant les mois d'été. Le débit hivernal du bassin augmenterait en liaison avec l'augmentation des précipitations et un décalage du pic de fonte d'un mois. L'amplitude des débits printanniers serait réduite dans la plupart des cas. A l'échelle annuelle, les scénarios proposent des augmentation légère ou des diminutions des débits.

Durance :
L'impact du réchauffement sur la couverture neigeuse du bassin de la Haute Durance serait similaire, avec une réduction moins importante due à la plus faible altitude. Le débit annuel décroitrait plus rapidement que dans les Alpes du Nord (de 0 à 20%). Les débits augmenteraient significativement en automne et en hiver et diminueraient sensiblement en été. Les débits printaniers se produiraient un mois plus tôt, leur amplitude resterait constante ou diminuerait (10 à 25%) suivant les scénarios.
Cette méthode utilise les outils SAFRAN pour l’analyse des paramètres météorologiques, le modèle hydrologique MODCOU intégrant le schéma de surface ISBA et un module de neige simplifié inspiré de CROCUS. Ces outils ont été validés sur le bassin du Rhône, avant d’être utilisés dans un scénario climatique (projet GICC-Rhône). Six scénarios « doublement de CO2 » ont été utilisés pour évaluer l’impact d’un changement climatique sur l’hydrologie nivale de certains bassins à caractère nival. Quatre modèles ont été utilisés dont deux ont fourni des scénarios à basse (LR) et haute (HR) résolution. 

Etchevers & Martin 2002 - P

Alpes françaises :
Les résultats des modèles, montrent que le ratio entre les moyennes actuelles des débits et les moyennes futures présentent un fort gradient Nord à l’échelle du bassin versant du Rhône, identique aux anomalies des précipitations. Dans le Nord, l’augmentation des débits se situe entre 10 et 50 % (augmentation en hiver et au printemps, diminution en automne et stagnation en été). Dans les parties centrales du bassin versant et des Alpes, le ratio est proche de 1, il n’y aurait donc quasiment pas de changements. Dans le Sud, les débits diminuent de 20 à 40 % (et ce plus spécialement pendant le printemps et l’automne). Les ruissellements augmentent de 16 % mais cette évolution moyenne est très contrastée entre le Nord  (+50 à +150 kg m-2 par an) et le Sud (-50 à -150 kg m-2 par an), et dépend des saisons.

La couverture neigeuse est le composent hydrologique le plus sensible à une augmentation des température de surface et les régimes nivaux des rivières seraient profondément modifiés. Les crues rapides du printemps pourraient survenir un mois plus tôt et les débits annuels diminueraient de manière générale en même temps que l’augmentation de l’évaporation.

Pour la Durance, les débits hivernaux ne sont pas modifies, mais les crues éclair dues à la fonte différent complètement, avec un décalage d’un mois plus tôt et leur amplitude diminuerait de 30 % (moins d’accumulation de neige). Les débits estivaux seraient plus limités (plus d’évaporation). Des évolutions similaires affecteraient les rivières de la Buech (Alpes du Sud) et l’Isère (pour cette dernière, l’amplitude des crues éclairs n’est pas changée).

La plus grosse augmentation de l’évapotranspiration se produit pour la zone alpine du bassin versant du Rhône, où elle atteint 20 % (à cause de la réduction de la couverture neigeuse. De nombreuses incertitudes demeurent dans les résultats proposés.
Le bassin versant du Rhône a été modélisé avec une résolution de 8 m en utilisant CIM (CROCUS-ISBA-MODCOU), un modèle couplé qui inclut un schéma de transfert Sol-Végétation-Atmosphère (SVAT) et un modèle hydrologique a échelle macro. Cet outil a été validé sur la période 1981 et 1994 en comparant les débits journaliers simulés par les modèles avec les mesures de 145 stations de débits (débit journalier et données journalières de profondeur de la neige). Des comparaisons ont montré que le débit annuel moyen est reproduit avec un degré d’erreur inférieur à 5% et l’efficacité est supérieure à 0.8 pour les plus larges bassins des affluents. Les résultats climatiques sont obtenus à partir d’ARPEGE (période 2054-2064) avec un scénario 2*CO2.

Etchevers & al. 2002 - A

Monde :
Avec des conditions théoriques 2*CO2, les changements relatifs dans les débits moyens annuels (pour des bassins extratropicaux de plus de 200 000 km2) s’étagent entre -12% et +76%, avec une valeur médiane de +30%. Les changements relatifs pour les débits mensuels décennaux sont généralement moins variables, avec une valeur médiane de + 15 %.
 

Milly & al. 2002 - A

Monde :
Dans beaucoup de régions d'Europe situées à des latitudes moyennes, le ruissellement annuel pourrait diminuer ou augmenter d'environ 10% à horizon 2050, mais le changement imputable au climat pourrait être moins important que la variabilité « naturelle » multi décennale du ruissellement.

Europe:
Les modélisations à l'échelle européenne indiquent que pour la plupart des scénarios de changement climatique, l'Europe du Nord devrait connaître une augmentation des écoulements annuels moyens, alors que l'Europe du Sud devrait voir ses écoulements réduire. Dans les régions de moyennes latitudes, les écoulements annuels pourraient augmenter ou réduire d'environ 10% d'ici 2050 mais le changement imputable au climat pourrait être moins important que la variation « naturelle » multi décennales des écoulements.
 

IPCC 2001- R: WG2

Rhin :
Des projections de changements climatiques prévoient un réchauffement du bassin versant du Rhin de 1 à 2.4°C au dessus des valeurs actuelles d’ici à 2050. Des simulations hydrologiques suggèrent que ce réchauffement fera changer les caractéristiques actuelles du bassins (combinaison de régimes nivaux et de précipitations) vers un régime plus spécialement lié aux précipitations liquides. Il y aurait ainsi une augmentation des débits hivernaux, une diminution des débits estivaux, une augmentation de la fréquence et de l’intensité des pics de crue, et des périodes d’étiage plus longues et plus fréquentes en été
 

Middelkoop 2001 in Barnett & al. 2005 - A

Italie, Est des Dolomites (coulée de boue d'Alverà) :
Dans la simulation réalisée de l'évolution du « climat actuel » (correspondant à la moyenne des 23 dernières années) sur la période 1900-2100, les températures moyennes hivernales (décembre, janvier, février) augmentent de manière significative, et, plus important, elles sont toutes positives à partir de 2050. De plus, les précipitations hivernales diminuent de manière plus marquée que celles des autres saisons. L'effet combiné de ces deux paramètres est une réduction marquée de l'accumulation des précipitations neigeuses. Par conséquence, la production d'eau de fonte, qui dans les conditions actuelles contribue aux niveaux élevés des nappes phréatiques et entraîne un déplacement important au début du printemps, est réduite de manière significative.
L'étude est basée sur les projections climatiques d'un GCM. Les sorties du GCM sont retraitées avec une technique d'extrapolation statistique pour adapter à l'échelle locale les changements climatiques issus simulés à partir des circulations atmosphériques. Les précipitations et températures les ainsi simulées sont introduites dans un modèle de réserves hydrologiques qui calcule les niveaux piézométriques journaliers.

Dehn & al 2000 - A

Europe :
Une question majeure est l’amplitude avec laquelle les futurs épisodes de crues pourraient être exacerbés par les changements climatiques. Arnell (1999) a modélisé des changements potentiels des régimes hydrologiques pour l’Europe en utilisant 4 GCM différents avec des scénarios climatiques. Alors que des différences existent entre les 4 modèles, chacun d’entre eux une réduction générale des débits annuels pour le Sud de l’Europe (à peu près vers les 50°N) et une augmentation au Nord de cette limite. La diminution pourrait aller jusqu’à 50% et l’augmentation jusqu’à 25%.
Revue bibliographique.

Arnell 1999 in Goudie 2006 - A


Hypothèses

 
Résultats de recherche et interprétations
Méthodes d'observation et d'analyse
Références
Monde :
La phase critique associée à une diminution des débits alimentés par les glaciers a déjà été atteinte dans le sud et le centre de la Colombie-Britannique, en Alberta, et dans des bassins faiblement englacés de basse altitude dans les Alpes suisses. Dans les scénarios de réchauffement futur, la baisse des écoulements de fonte glaciaire devrait devenir plus prédominante sous l’effet de l’importante perte de masse glaciaire, affectant la disponibilité en eau de vastes populations qui dépendent des ressources en eau provenant en grande partie de la fonte des glaciers, en particulier à la fin de l'été et durant les années sèches. Davantage de données et d’analyses sont nécessaires pour évaluer les tendances actuelles des débits et les relier à l'évolution des glaciers et à l'évolution du climat, ce qui est essentiel pour l'amélioration de la prévision de la disponibilité en eau future des régions montagneuses.
Cette étude passe en revue une collection de quinze séries de données publiées et d’une série de données non publiées à partir de bassins glaciaires. Les données comprennent des bassins du Canada, des Alpes (Suisse et Autriche), d’Asie centrale (les monts Tianshan et le Tibet central, Chine) et des Andes du Pérou et du Chili.

Casassa & al. 2009 - A

Pays alpins :
Les changements saisoniers du débit des rivières dus aux modifications des paramètres des précipitations et à l'avancée de la fonte des neige peuvent avoir modifié la temporalité du transport sédimentaire dans les parties aval des cours d'eau. On peut s'attendre à ce que le transport sédimentaire vers l'aval alternant avec le dépôt sur les lits graveleux se produise aussi en hiver et plus tôt au printemps.
Revue bibliographique (cet article porte sur l'augmentation potentielle de la fraction fine des sédiments parvenant aux rivières et à son effet sur le fonctionnement des zones de frayères pour reproduction de la truite brune).

Scheurer & al. 2009 - A

Alpes :
Une élévation des températures peut avoir des conséquences importantes sur la fourniture en eau des bassins versants alpins à grande échelle. La diminution de la couverture neigeuse, le recul glaciaire généralisé et la réduction des précipitations estivales peuvent limiter l’effet tampon en termes de bilan hydrologique et donc la disponibilité en eau de ces bassins versants européens.
Les pluies extrêmes pourraient augmenter dans un climat plus chaud, mais avec un décalage saisonnier, ce qui fait que la neige pourrait avoir un effet tampon et ainsi moduler le risque futur de crues.
 

Beniston 2007 - C

Alpes / Allemagne du Sud :
On peut s'attendre à une réduction de la quantité d'eau dans le sol à cause des étés de plus en plus secs et de l'évaporation grandissante...
 
Alpes suisses :
Paradoxalement, les impacts associés aux futurs extrêmes de précipitations pourraient être réduit dans les Alpes suisses à cause de l’effet tampon des chutes de neige sur les débits rapides. En effet, les futurs printemps et automne seront plus froids que les étés d’aujourd’hui avec des limites de gel plus basses en altitude.
 
Bassin versant du Rhin :
Les simulations de changements climatiques pour ce bassin versant prévoient une augmentation de 1 à 2.4°C pour le milieu du 21ième siècle (IPCC 2001). Des simulations hydrologiques suggèrent que ce réchauffement devrait transformer les caractéristiques du bassin versant d’un type combiné pluies/fonte du couvert neigeux à un type dominé par les chutes de pluies ; ceci aurait pour conséquence une augmentation des débits hivernaux, une diminution des débits estivaux, une augmentation de la fréquence et de l’intensité des pics de crue et des périodes de basses eaux plus fréquentes et plus longues en été.
 

Barnett & al. 2005 - A

Alpes :
Les vagues de chaleur hivernales pourraient avoir de impacts importants, et ce plus spécialement si les températures dépassent le point de congélation de l’eau. Ceci induirait une fonte de la couverture neigeuse et provoquerait une augmentation des débits des rivières plus avancée pour les rivières dont une partie ou la totalité du bassin versant se trouve en montagne.
 

Beniston 2005a - A

Alpes :
Le débit annuel spécifique des rivières de montagne est plus élevé que le débit spécifique d’autres espaces. Ceci se traduit par plus de précipitations, des taux d’évaporation plus bas et par des conditions qui favorisent les écoulements. Le régime hydrologique est particulièrement affecté par l’accumulation d’eau sous forme de neige et de glace et le processus de fonte correspondant, induisant un cycle annuel des débits marqué. Une modification du climat et plus spécialement des températures peut ainsi considérablement affecter le régime hydrologique et induire des impacts importants en terme de gestion de l’eau (Horton et al., 2005). L'augmentation récente des températures a probablement déjà des conséquences sur le régime des rivières.

Alpes suisses :
Les changements dans la durée et la hauteur de la couverture neigeuse seront des facteurs cruciaux pour la disponibilité en eau pour les écoulements d'après Beniston et al. (2003). L’augmentation des températures hivernales aura des conséquences évidentes sur le début de la fonte de la neige et sur la réduction des écoulements au printemps à basse altitude et sur les écoulements estivaux à plsu haute altitude. La raréfaction de la couverture neigeuse vers les 1000m d’altitude réduira les
écoulements. Ces changements affecteront les régimes hydrologiques des rivières avec des débits hivernaux plus importants. Cependant, l’augmentation de l’évaporation en hiver pourrait partiellement réduire l’écoulement et le débit des rivières. Le changement climatique augmentera le débit moyen des rivières qui s’écoulent depuis des glaciers pendant les périodes de retrait glaciaires, puis augmentera par la suite les débits estivaux, les rivières perdant progressivement leur caractère glaciaire.
 

Horton 2005 ; Beniston et al. 2003 in Bravard 2006 - P

Monde :
Pour les rivières alimentées principalement par la fonte des glaciers, la réduction des volumes de glace aura des impacts particulièrement importants sur les étiages et sur la provision en eau en aval.
 

Kääb & al. 2005 - A

Europe :
Petit (2001) rappelle que "l'Europe du Sud et l'Europe arctique sont plus vulnérables que le reste. En particulier, en été, le ruissellement, l'eau disponible et l'humidité du sol décroîtront en Europe du Sud, augmentant d'autant sa vulnérabilité actuelle à la sécheresse."
 

ONERC 2005 - R

Monde :
Les changements de durée et de quantité de la couverture neigeuse, comme conséquence des changements climatiques devraient être des facteurs cruciaux pour la disponibilité hydrologique des bassins versants. Les conséquences pour les débits de rivières devraient affectées autant les régions montagneuses que les régions de plus basses altitudes qui sont très dépendantes des montagnes pour leur ressources en eau.
 

Beniston 2003 - R

Europe :
Même si les étés deviennent plus secs, l'incidence des précipitations intenses sur les crues estivales pourrait augmenter.
 
Alpes :
Avec un climat plus chaud, les débits minimums et maximums seront observés plus fréquemment qu’aujourd’hui et avec des changements de saisonnalité. En d’autres termes, les prédictions sont difficiles et une approche par les probabilités est conseillée (Krasovskaia et al., 2002). Cependant, les spécialises considèrent que les régimes des débits n'ont pas changé suffisament justifier une changement des politiques de gestion des barrages (D. Duband, oral comm.).
 

Krasovskaia et al., 2002 in Bravard 2006 - P

Monde / Europe (montagnes) :
Les impacts potentiels du réchauffement des températures de surface dans les zones de permafrost comprennent une augmentation de l'épaisseur de la couche active, une fonte de la base causant un amincissement du permafrost, et des changements hydrogéologiques.
 
Europe :
Le retrait des fronts glaciaires a des implications pour le régime des rivières. Pour les rivières qui sont alimentées par des glaciers, les débits estivaux sont alimentés par la fonte des glaciers (la contribution du glacier dépend de la taille relative du glacier par rapport au bassin versant et du taux de fonte annuel). Si le glacier en équilibre, la quantité de précipitations stockée en hiver correspond à peu près à la quantité de glace qui fond en été. Cependant, comme les glaciers fondent plus à cause du réchauffement global, les débits vont sûrement augmenter en été (comme l’eau est libérée après un long stockage) et pourraient ainsi compenser la diminution des précipitations estivales.


Comme les glaciers fondent progressivement, leur volume de fonte se réduit et à long terme cette compensation des débits pourrait disparaître ; les débits passeraient alors en dessous des niveaux actuels. La période de compensation dépendra surtout de la taille du glacier et du taux de fonte. Plus le glacier est petit et plus sa fonte est rapide, et plus la réduction des débits estivaux sera rapide.

La fréquence des étiages devrait augmenter à travers la plupart de l’Europe, bien que dans certaines zones où les minimums correspondent à la période hivernale, la magnitude absolue des étiages pourrait augmenter à cause de l’augmentation des débits hivernaux : la saison des étiages se décalerait vers l’été. Les inondations et les sécheresses devraient devenir plus fréquentes dans les zones de montagne. La saisonnalité des débits changerait fortement à cause des perturbations de la couverture neigeuse. Aux plus hautes altitudes, la distribution des débits pendant l’année changerait peu.
Revue bibliographique

IPCC 2001 - R

Monde :
En suivant une analyse globale des futures tendances hydrologiques, Nijsssen et al. (2001) suggèrent que les changements importants des cycles hydrologiques sont prédits pour les bassins versants à caractère nival des moyennes et hautes altitudes, et en particulier des changements marqués sont à attendre en terme d’amplitude et de phase des cycles annuels hydrlogiques.
Revue bibliographique

Nijsssen & al 2001 ; Arora & Boer 2001 in Goudie 2006 - A

Alpes et pré-Alpes suisses :
Les effets du réchauffement climatique global sur le bilan hydrologique des bassins versants torrentiels peut être résumé comme suit :
• avec les précipitations qui ont tendance à tomber plus sous forme de pluie que de neige, une augmentation des débits est probable durant la mauvaise saison aux altitudes comprises entre 1000 et 1500 m. Les régions préalpines devraient donc être particulièrement touchées ;
• des conséquences significatives sur le cycle hydrologique ont été observées au printemps (mars et avril) en raison du volume réduit d'eau de fonte ;
• l'été et l'automne seront toujours des périodes critiques, caractérisés par des tempêtes et des précipitations intenses concentrées. Ces phénomènes pourraient entraîner une augmentation des pics de crue, du transport solide et des coulées de boue ;
• l'évapotranspiration devrait augmenter fortement (jusqu'à 30%) en raison des températures plus élevées. Le manque de neige au printemps entrainera également une évapotranspiration plus précoce.
 

Bader & Kunz 2000f - R: PNR31

Alpes suisses:
L'altitude de l'isotherme 0°C durant l'hiver est prépondérante pour la recharge des nappes phréatiques dans les glissements de terrain en zone de flysch des Préalpes.

L'augmentation des précipitations hivernales (plus de 20%), sous forme de neige ou de pluie interviendra directement sur la teneur en eau des sols et sur la surface de la nappe phréatique. Lors d'hivers plus doux, ces précipitations pourront s'infiltrer plus facilement dans ces sols non gelés. La période propice à l'infiltration efficace des précipitations pourra être prolongée de 30 à 50 jours à des altitudes comprises entre 1000m et 1500m.
 

Lateltin & al. 1997 - R: PNR31


Légende des références biblio :
- A : Article (revue à comité de lecture)
- C : Commentaire
- E : Etude scientifique (non publiée)
- P : Proceedings
- R : Rapport
- Re : Retour d'expérience
- T : Thèse
- W : Site Internet

 


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