Réf. Jomelli et al. 2007a - A

Référence bibliographique complète
JOMELLI V., DÉQUÉ M., BRUNSTEIN D., GRANCHER D. Probabilité d'occurrence des coulées de débris de versant dans les Alpes françaises au XXIème siècle estimées à partir des sorties du modèle climatique ARPEGE. Géomorphologie 93, 2007, 2001-212.

Résumé : Un modèle probabiliste (Logit) corrèle le déclenchement de 133 coulées de débris (mobilisant des débris rocheux issus de la gélifraction) à des paramètres climatiques qui sont déterminés à partir des stations météorologiques situées autour du massif des Écrins. Ce modèle est ensuite contraint par l’introduction des données climatiques issues du modèle climatique régional ARPEGE. Celui-ci permet de définir 3 états actuels simulés (1960-2000) et 3 états futurs simulés (2070-2100) fondés sur le scénario A2 du GIEC. Il a été démontré que le nombre de jours au cours desquels les précipitations estivales sont supérieures à 20 mm joue un rôle clé dans le déclenchement annuel des coulées, or les simulations climatiques montrent toutes une diminution des précipitations intenses d’été. La simulation des probabilités de déclenchement obtenues grâce aux données climatiques actuelles a été comparée avec la simulation réalisée à partir des estimations pour le siècle prochain. Les résultats montrent que les variations climatiques supposées pourraient induire une diminution de l’ordre de 20 à 30 % d’années au cours desquelles la probabilité d’observer au moins 3 déclenchements de coulées de débris est supérieure à 0,7. Toutefois de fortes variations spatiales dans ces probabilités sont attendues liées notamment aux altitudes plus élevées dans le nord du massif.

Mots-clés

Coulées de débris, modèles statistiques, scénarios climatiques, simulations, massif des Ecrins


Organisme / Contacts

IRD, UR Great Ice, Maison des Sciences de l'Eau, 300 avenue Jeanbrau, 34000 Montpellier. jomelli@msem.univ-montp2.fr
CNRS Laboratoire de Géographie Physique, UMR 8591, 1 place A. Briand, 92195 Meudon.
CNRM 42 avenue Gaspard Coriolis, 31057 Toulouse Cedex 01. deque@meteo-france.fr


(1) - Paramètre(s) atmosphérique(s) modifié(s)
(2) - Elément(s) du milieu impacté(s)
(3) - Type(s) d'aléa impacté(s)
(3) - Sous-type(s) d'aléa

Températures, précipitations

  Aléas torrentiels

Coulées de débris


Pays / Zone
Massif / Secteur
Site(s) d'étude
Exposition
Altitude
Période(s) d'observation

Alpes françaises

Massif des Ecrins (45°00’ N, 6°30’ E)

   

1600-2500 m

1961-2005


(1) - Modifications des paramètres atmosphériques
Reconstitutions  
Observations
Une augmentation significative des pluies d'été dont l'intensité est supérieure ou égale à 30mm/j a été constatée depuis ces 20 dernières années, combinée à une réduction significative du nombre de jours de gel.
Modélisations
La comparaison des valeurs du climat présent simulé à celles issues du scénario 2CO2 donnent les résultats suivants : les températures diurnes maximales d'hiver s’élèvent davantage pour les minima (6°C à -10°C contre 3°C à 20°C). Au printemps, le réchauffement est uniforme de 4°C. En été, il atteint 5°C, voire 6°C au delà de 30°C. En automne, il se situe entre 3°C et 4°C. Les températures minimales d'hiver ont un comportement similaire au maximales : élévation de 10°C à -20°C contre 3°C pour les températures positives. Pour les autres saisons, le réchauffement est indépendant de la température observée : 3°C au printemps et en automne, 4°C en été. La conséquence de ce réchauffement est une diminution significative du nombre de jours de gel.

En hiver et en automne les précipitations augmentent, surtout les fortes précipitations (30 mm par jour deviennent 45 mm par jour) tandis qu’elles n'augmentent pas de manière significative au printemps. En été, l’évolution est plus complexe : pour des valeurs quotidiennes inférieures ou égales à 50 mm par jour, le nombre de jours pluvieux diminue tandis qu'au-delà de ce seuil, ils augmentent. La vraisemblance de l’augmentation des précipitations supérieures à 50 mm par jour en été peut être largement discutée, cette situation n’étant observée ni dans la réalité, ni dans le climat actuel simulé.
Hypothèses
 

Informations complémentaires (données utilisées, méthode, scénarios, etc.)

Les données météorologiques journalières non homogénéisées (température moyenne, minimale et maximale, précipitations mesurées par 24h depuis 1961) proviennent de trois stations météo situées autour du massif des Écrins : La Salette (1770 m), Monétier-les-Bains (1490 m) et Saint Christophe en Oisans (1570 m).
Le modèle ARPEGE a été utilisé pour les simulation du climat.


(2) - Impacts du changement climatique sur le milieu naturel
Reconstitutions  
Observations
 
Modélisations

 

Hypothèses
 

Sensibilité du milieu à des paramètres climatiques
Informations complémentaires (données utilisées, méthode, scénarios, etc.)
   

(3) - Impacts du changement climatique sur l'aléa
Reconstitutions  
Observations

Dans le Massif des Écrins, Jomelli et al. (2004-2006) ont observé une remonté de la zone de déclenchement des coulées de débris entre 1952 et 2000. A basse altitude (< 2200m) le nombre et la fréquence de coulées de débris de moins de 400m de longueur ont diminué sensiblement depuis les années 1980 tandis qu'aucune variation significative n'a été observée aux altitudes plus élevées (> 2200m). Parallèlement, une augmentation significative des pluies d'été dont l'intensité est supérieure ou égale à 30mm/j a été constatée depuis ces 20 dernières années, combinée à une réduction significative du nombre de jours de gel.

Modélisations

Les modèles de probabilités de déclenchement à partir de données observées pour la période actuelle ont permis de dégager des informations essentielles sur la nature des variables qui interviennent de manière significative dans le déclenchement des coulées de débris dans le massif des Écrins. Seules les précipitations extrêmes estivales (15/06-15/10) supérieures à 20 mm par jour sont significatives. Cette variable est significative pour un risque d’erreur de 1% avec 76,3% de prévisions correctes.

Les modèles de probabilités de déclenchement à partir de données simulées pour la période actuelle (Actu1, 2 et 3) font ressortir comme variable significative le nombre de jours avec des précipitations journalières supérieures à 20 mm entre le 15/06 et le 15/10. Cette variable est significative pour un risque d’erreur de 5% avec 66,8 % de prévisions correctes. Malgré le biais entre le climat observé et les simulations, c’est la même variable qui est significative. Des tests statistiques (Wilcoxon) ont confirmé l’absence de variation significative entre les résultas, quelle que soit la simulation du climat actuelle utilisée.

La comparaison des probabilités de déclenchements entre l’état actuel simulé et l’état futur simulé donne des résultats surprenants. Le critère retenu est le nombre d’années associé à une valeur de probabilité d’observer au moins 3 déclenchements. Sur la période 1960-1999 et avec Actu1, 15 années dépassent le seuil de probabilité de 0,7 d’observer au moins 3 déclenchements, soit 37% des cas. Sur la période 2070-2100 et avec Futu1, ce nombre d’années n’est plus que de 5 pour un même seuil de probabilité,  soit 15% des cas. Cette baisse est encore plus marquée pour certaines combinaisons. En comparant les résultats des modèles de probabilité entre Actu2 et Futu2 on observe une diminution de 30,2%.

Hypothèses
 

Paramètre de l'aléa
Sensibilité du paramètres de l'aléa à des paramètres climatiques
Informations complémentaires (données utilisées, méthode, scénarios, etc.)
Fréquence des coulées de débris Précipitations intenses

Création d'un modèle statistique d’occurrence annuelle des coulées de débris à partir de séries météorologiques observées. Un nouveau modèle a ensuite été réalisé à partir de séries météorologiques simulées pour la période actuelle et a été comparé aux observations. Enfin, ce modèle basé sur le climat simulé a été contraint, en utilisant des séries météorologiques simulées pour le XXIe siècle, afin d’évaluer l’augmentation ou la baisse de l’occurrence des coulées de débris dans le futur.

La base de données des coulées de débris a été constituée à partir d’observations de 133 coulées sélectionnées dans dix vallées creusées dans des granites. Leur zone de départ est située à une altitude comprise entre 1600 et 2500 m. La datation de leur déclenchement repose sur la combinaison de quatre méthodes : analyse les photographies aériennes (prises entre 1952-2000) et de documents historiques, combinée à des observations de terrain effectuées annuellement depuis 1995. La dendrochronologie a également été utilisée. Les débris mobilisés par les coulées retenues pour cette étude sont uniquement liés à la gélifraction.

Les probabilités de déclenchement annuelles du processus à l’échelle du massif ont été calculées, en ne retenant comme variable explicative que des paramètres météorologiques. Le stock de débris accumulé (autre variable) a été estimé à partir du nombre de jours durant lesquels se produit une alternance gel-dégel. 35 variables indépendantes ont été testées (poids des précipitations annuelles, saisonnières ou mensuelles, cumul des précipitations durant 3, 4, 5, et 10 jours consécutifs, nombre de jours entre le 15/06 et le 15/10 avec des précipitations supérieures à 20, 30 et 35 mm…).

La probabilité d’occurrence a été estimée grâce à un modèle de régression dit « logit », où la variable expliquée est la probabilité de déclenchement des coulées. Les probabilités simulées pour le climat futur ont été estimées en remplaçant les précipitations par celles prévues pour la fin du siècle.

Une somme des déclenchements des 133 coulées de débris par année a ensuite été réalisée. Le résultat a été classé en deux groupes : les années avec moins de 3 déclenchements et celles avec au moins 3 déclenchements.


(4) - Remarques générales

 


(5) - Syntèses et préconisations
 


Références citées :

JOMELLI. V, PECH. P, CHOCHILLON. C, BRUNSTEIN. D - Geomorphic variations of debris flows and recent climatic change in the French Alps. Climatic Change, 2004, vol 64, p 77-102. [Fiche biblio]

JOMELLI. V, BRUNSTEIN. D, GRANCHER. D, PECH. PIs the response of hillslope debris flows to recent climatic change univocal? A case study in the Massif des Ecrins (French Alps). Climatic Change, 2006. sous presse. [Fiche biblio]