Réf. Wilhelm & al. 2012d - P

Référence bibliographique complète

WILHELM, B., ARNAUD, SABATIER, P., GIGUET-COVEX, C., DELANNOY, J.-J. 2012d. Changements climatiques et crues torrentielles en montagne : quelles relations ? 25ème Colloque de l’Association Internationale de Climatologie, Grenoble, p. 769–774. [Etude en ligne]

Résumé : Aujourd’hui une augmentation de l’intensité des extrêmes hydrologiques est attendue avec le réchauffement global. Cependant peu d’observations permettent d’étayer cette théorie alors que les crues torrentielles qui en résultent sont dangereuses pour les populations de montagne. L’évolution de la fréquence et de l’intensité des crues passées, reconstituée à partir de l’étude de séquences sédimentaires de lacs d’altitude, suggère que sur l’ensemble des Alpes françaises la fréquence de crue à l’échelle centennale à milléniale augmente en période froide, probablement en lien avec une cyclonicité plus importante. L’intensité des crues augmente également au cours des périodes froides dans les Alpes du Sud, en lien probablement avec des phases négatives de l’Oscillation Nord-Atlantique, alors que l’intensité augmente au cours des périodes chaudes dans les Alpes du Nord.

Abstract: Climatic changes and mountain-torrent floods: what relations? Today an increasing intensity of hydrological extremes is theoretically expected with the global warming. However, the lack of observations does not allow to backup this theory. Sedimentary sequences of high-elevation lakes are here used to reconstruct the past evolution of flood frequency and intensity. Results suggest that the flood frequency over a centennial-to-millennial time-scale increases during cold periods over the whole French Alps, probably owing to a more important cyclonic activity. In the Southern Alps, the flood intensity increases also during the colder periods, probably in link to negative phases of the North Atlantic Oscillation while the flood intensity increases in the Northern Alps during warmer periods.

Mots-clés

Crues torrentielles - Fréquence et intensité de crue - Changements climatiques - Sédiments lacustres.

Mountain-torrent floods - Flood frequency and intensity - Climate changes - Lake sediments.

 

Organismes / Contact

• EDYTEM, Université de Savoie-CNRS, Pole Montagne, Campus Scientifique, Le Bourget du Lac, France, bruno.wilhelm@univ-savoie.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 & circulation atmosphérique (indice NAO)

 

Crues torrentielles

 

 

Pays / Zone

Massif / Secteur

Site(s) d'étude

Exposition

Altitude

Période(s) d'observation

Alpes françaises du Nord et du Sud

 

• Lac Blanc des Aiguilles Rouges

• Lac Blanc de Belledonne

• Lac d’Allos (Haut-Verdon, Mercantour)

 

• 2352 m

• 2160 m

• 2230 m

Derniers siècles aux derniers millénaires

 

(1) - Modifications des paramètres atmosphériques

Reconstitutions

 

Observations

 

Modélisations

 

Hypothèses

 

 

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

 

 

(2) - Effets 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) - Effets du changement climatique sur l'aléa

Reconstitutions

Les chroniques de crue reconstituées

L’approche mise en œuvre a permis d’obtenir 3 chroniques de crue couvrant les derniers siècles (BLB) aux derniers millénaires (BAR, ALO). Les chroniques sont constituées des dépôts de crue identifiés, datés et représentés par une barre dont la taille représente l’intensité reconstituée. La bonne concordance entre les âges des dépôts de crues récents de BLB et ALO avec les dates de crues historiques qui ont affecté les villages de Sainte-Agnès et Allos, respectivement, supporte ces reconstitutions. Aucun village n’est affecté par le torrent qui s’écoule depuis BAR. Il n’a donc pas été possible de comparer cette chronique avec des dates de crues historiques D’autre part, la chronique de BAR présente pour cette période un hiatus (de ~1950 à 1986) lié à un remaniement du sédiment par une avalanche majeure qui a également détruit l’étage supérieur du refuge situé sur l’exutoire.

Les tendances observées

Au cours des derniers siècles : Pour mieux visualiser l’évolution de l’occurrence des crues, des fréquences sont calculées en appliquant des moyennes glissantes. Une fenêtre réduite de 11 ans est appliquée sur les trois derniers siècles car les incertitudes de datation sont inférieures à 10 ans sur cette période. Les fréquences ainsi calculées évoluent entre 0 et 6 crues par 11 ans. Dans le détail l’évolution de la fréquence de crue entre BAR et BLB est très similaire sur les trois derniers siècles, ce qui supporte un enregistrement représentatif de l’évolution des crues pour les Alpes du Nord. Entre BLB et ALO, la fréquence semble par contre très différente, suggérant des changements de processus à l’origine des événements de précipitations intenses qui provoquent les crues torrentielles. Dans les Alpes du Nord, les événements de précipitations intenses sont principalement associés aux événements convectifs locaux d’été (Kieffer-Weisse et Bois, 2001 ; Merz et Blöschl, 2003). Dans les Alpes du Sud, les événements de précipitations intenses peuvent être générés par des événements convectifs locaux en été mais également par des événements de plus grande échelle liés aux remontées de masses d’air humide depuis la Méditerranée à l’automne (Buzzi et Foschini, 2000 ; Boudevillain et al., 2009). Les travaux ont permis de montrer sur la base de comparaisons avec des dates et des reconstitutions de crues historiques à Allos et pour l’Ubaye que les crues reconstituées à ALO résultent principalement d’événements de précipitations automnaux, caractérisés par une forte intensité et une plus large surface (Wilhelm et al., 2012b).

On peut supposer que des apports d’humidité et des températures élevées favorisent la mise en place de systèmes convectifs dans les Alpes du Nord. Dans cette région, les apports d’humidité se font principalement par les flux d’ouest. Dans les Alpes du Sud, les événements à l’origine des crues semblent majoritairement favorisées par des circulations atmosphériques à l’automne. Aussi nous avons comparé les chroniques de BLB et ALO avec les températures estivales homogénéisées (Auer et al., 2007) et l’indice de l’Oscillation Nord-Atlantique (NAO) reconstitué par Luterbacher et al. (2002).

On observe des tendances très similaires entre la fréquence de crue de BLB et l’évolution de la température, avec notamment des périodes de froids marqués qui correspondent à des périodes de fréquence de crue très faible (1810, 1890, 1970), ou en diminution (1915). Nous observons également des pics ou périodes de haute fréquence de crue correspondent à des phases positives de la NAO. Enfin aucune relation entre la fréquence de ALO et la température n’est perceptible alors que les phases négatives de la NAO correspondent généralement bien aux hautes fréquences de crue, notamment au cours des périodes prolongées des phases négatives autour de 1780, 1810 et 1870. Ces observations semblent donc supporter nos hypothèses sur les forçages régionaux de la fréquence de crue torrentielle.

Au cours des derniers millénaires : La fenêtre de la moyenne glissante pour le calcul des fréquences de crue est agrandie à 31 ans pour les derniers millénaires où les incertitudes de datation sont plus grandes. Les fréquences obtenues évoluent entre 0 et 12 crues par 31 ans. A cette échelle de temps, nous pouvons constater que les crues sont peu fréquentes au cours de la période chaude de l’Optimum Médiéval et très fréquentes au cours du Petit Âge Glaciaire dans les Alpes du Nord et du Sud.

Cette hypothèse est en accord avec l’occurrence des événements les plus extrêmes au cours du Petit Âge Glaciaire dans les Alpes du Sud, région pour laquelle les événements de précipitations intenses semblent fortement liés aux circulations atmosphériques. À l’inverse, nous pouvons constater que les événements extrêmes se produisent au cours de l’Optimum Médiéval dans les Alpes du Nord. Cette observation est cohérente avec un rôle prédominant de la température dans un contexte de précipitations intenses principalement générées par des processus convectifs. À cette échelle pluriséculaire, plusieurs auteurs suggèrent que les périodes froides favorisent une intensification des flux d’ouest et de l’activité cyclonique (Magny et al., 2003 ; Raible et al., 2007 ; Bakke et al., 2008).

Observations

(…) Les rapports traitant de l’évolution des risques naturels dans les Alpes n’évoquent pas de tendance significative quant à l’évolution des crues torrentielles (OcCC, 2007), essentiellement par manque de données disponibles et la difficulté d’en acquérir (ONERC, 2008). (…)

Modélisations

 

Hypothèses

 

 

Paramètre de l'aléa

Sensibilité des paramètres de l'aléa à des paramètres climatiques

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

Fréquence et intensité des crues torrentielles

Les auteurs proposent d’étudier les sédiments de lacs d’altitude, conjointement aux archives historiques, pour évaluer le rôle des changements climatiques passés sur l’aléa torrentiel dans les Alpes françaises. Les lacs agissent comme des pièges à sédiment en retenant les matériaux charriés par le torrent. Au cours d’un événement de précipitations intenses, l’augmentation importante et brutale du débit d’un torrent entraîne une augmentation de sa capacité d’érosion et de transport. Des particules plus nombreuses et de taille plus importante sont alors charriées jusqu’au centre du lac où vont se mettre en place des dépôts de crue caractérisés par une base grossière et une grano-décroissance. Il est à noter que des dépôts similaires peuvent également être générés par des glissements en masse des sédiments accumulés sur les pentes. Seule une étude approfondie de la spatialisation et de la granulométrie des dépôts permet de distinguer les dépôts issus d’une crue ou d’un remaniement gravitaire (par exemple Arnaud et al., 2002 ; Wilhelm et al., 2012a). La reconnaissance dans la séquence sédimentaire et la datation des dépôts de crue permettent alors la reconstitution de chroniques de crues torrentielles. Il est également possible de reconstituer l’intensité des crues à partir d’analyses granulométriques (Campbell, 1998 ; Giguet-Covex et al., 2012 ; Wilhelm et al., 2012b), ou du volume sédimentaire transporté au cours de la crue (Wihelm et al., 2012a). L’étude des sédiments lacustres semble ainsi être une approche particulièrement pertinente pour traiter de l’évolution des crues torrentielles en milieu alpin sur le temps long.

Pour estimer la variabilité régionale de l’activité torrentielle en réponse aux changements climatiques passés, 3 sites d’étude ont été sélectionnés dans les Alpes françaises selon un transect nord-sud : le Lac Blanc dans le massif des Aiguilles Rouges (BAR, 45°58’57”N, 6°53’20”E, 2352 m), le Lac Blanc dans le massif de Belledonne (BLB, 45°10’42’’N, 5°58’20’’E, 2160 m) et le lac d’Allos dans le massif du Haut-Verdon, Mercantour (ALO, 44°14’N, 6°42’30’’E, 2230 m). Tous les bassins versants de ces lacs sont caractérisés par des surfaces réduites (< 1 km²) et de fortes pentes (> 10°). D’autre part, ils comportent tous un stock de matériel morainique important, facilement érodable à l’occasion de crue. Des études en cours tendent à montrer que ce stock peut être considéré comme « illimité » à l’échelle du dernier millénaire et que son érodibilité est indépendante des fluctuations glaciaires.

L’identification des dépôts de crue dans les séquences sédimentaires a dans un premier temps été réalisée à partir d’une description lithologique détaillée et d’analyses granulométriques. Ensuite, des analyses géochimiques par scanner de carotte ont permis d’acquérir des traceurs indirects de la granularité à haute résolution pour une identification exhaustive des dépôts de crue (Giguet-Covex et al., 2012 ; Wilhelm et al., 2012a, 2012b). La reconstitution de l’intensité des crues a été adaptée pour chaque site en fonction des caractéristiques géomorphologiques du bassin versant, de la nature du matériel érodé et des processus de transfert du matériel vers le lac. Elle est basée sur deux approches différentes ; la granularité ou le volume de matériel transporté. En effet la fraction la plus grossière du dépôt de crue est généralement associée au débit maximal atteint au cours de la crue (Campbell, 1998). La datation des séquences sédimentaires a été réalisée à partir des méthodes classiques de mesures de radioéléments à courte demi-vie (210Pb, 137Cs, 241Am) et de mesures 14C. Des corrélations avec des séismes régionaux ou des contaminations historiques au plomb ont permis de contraindre ou de supporter les modèles d’âge (Arnaud et al., 2002 ; Giguet-Covex et al., 2012 ; Wilhelm et al., 2012a, 2012b).

 

(4) - Remarques générales

Les crues torrentielles résultent de précipitations intenses et de courtes durées qui se concentrent très rapidement dans les bassins versants de montagne, de petite taille et à forte pente (Merz et Blöschl, 2003). La montée brutale des eaux, les forts débits et l’importante quantité de matériaux charriés rendent ces événements particulièrement dangereux et dommageables pour les populations de montagne (OCDE, 2007). Aujourd’hui, l’évolution de l’aléa torrentiel devient une question préoccupante (ONERC, 2008) dans un contexte  d’augmentation attendue des événements extrêmes avec le réchauffement global (IPCC, 2007) et de densification du bâti dans les zones à risque, rendant les populations de montagne plus vulnérables (Béniston et Stephenson, 2004 ; OcCC, 2007). Cependant les rapports traitant de l’évolution des risques naturels dans les Alpes n’évoquent pas de tendance significative quant à l’évolution des crues torrentielles (OcCC, 2007), essentiellement par manque de données disponibles et la difficulté d’en acquérir (ONERC, 2008). En effet les précipitations à l’origine des crues torrentielles sont le plus souvent associées à des événements convectifs localisés, et nettement plus importantes en altitude où peu de stations météorologiques sont implantées (Kieffer-Weisse et Bois, 2001). De plus il n’existe pas de suivi continu de systèmes torrentiels, à l’exception de quelques bassins expérimentaux (ONERC, 2008).

 

(5) - Syntèses et préconisations

Conclusion

Ces travaux montrent qu’il est possible de renseigner l’évolution passée de l’activité torrentielle aux cours des derniers siècles aux derniers millénaires à partir de l’étude de séquences sédimentaires de lacs d’altitude. Les résultats permettent en outre d’investiguer le rôle des changements climatiques passés sur l’évolution de l’aléa torrentiel pour anticiper l’impact potentiel du réchauffement global actuel.

En premier lieu, nos résultats suggèrent des modèles régionaux de l’évolution de l’aléa torrentiel en fonction des forçages prédominant. Dans les Alpes du Sud, les événements de précipitations intenses semblent fortement liés aux circulations atmosphériques et à l’intensité de l’activité cyclonique. Les périodes froides prolongées semblent favoriser des hautes fréquences de crue et l’occurrence d’événements extrêmes, probablement en lien avec l’intensification des flux d’ouest. A une échelle décennale, la variabilité de la fréquence de crue semble de plus associée aux phases négatives de l’Oscillation Nord-Atlantique. Dans le contexte actuel du réchauffement global, ces résultats suggèrent une diminution générale de l’aléa torrentiel dans les Alpes du Sud pour les décennies à venir.

Dans les Alpes du Nord, le modèle d’évolution de l’activité torrentielle apparaît plus complexe et semble résulter d’interactions entre les apports d’humidité par les flux d’ouest et de l’évolution de la température. Comme pour les Alpes du Sud, l’intensification des flux d’ouest aux cours de périodes froides prolongées semble favoriser l’augmentation de la fréquence des crues. Cependant, à une échelle décennale, l’effet de la température et de l’oscillation nord Atlantique semble se surimposer. En effet, à cette échelle de temps, l’augmentation de température et les phases positives de l’Oscillation Nord-Atlantique semblent favoriser une augmentation de la fréquence des crues. Dans le contexte actuel du réchauffement global, ces résultats suggèrent plutôt une diminution de la fréquence des crues mais une augmentation significative de leur intensité dans les Alpes du Nord.

Références citées :

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Boudevillain B., Argence S., Claud C., Ducrocq V., Joly B., Lambert D., Nuissier O., Plu M., Ricard D., Arbogast P., Berne A., Chaboureau J.P., Chapon B., Crépin F., Delrieu G., Doerflinger E., Funatsu B.M., Kirstetter P.E., Masson F., Maynard K., Richard E., Sanchez E., Terray L. et Walfpersdorf A., 2009 : Cyclogenèses et précipitations intenses en région méditerranéenne :origines et caractéristiques. La Météorologie,

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Luterbacher J., Xoplaki E., Dietrich D., Jones P.D. Davies T.D., Portis D., Gonzalez-Rouco J.F., von Storch H., Gyalistras D., Casty C. et Wanner H., 2002 : Extending North Atlantic Oscillation Reconstructions Back to 1500. Atmospheric Science Letters, 2, 114-124.

 

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Merz R. et Blöschl G., 2003 : A process typology of regional floods. Water Resources Research, 39(12), 1340. OCDE (Organisation de Coopération et de Développement Economique), 2007 : Changement climatique dans les Alpes européennes – Adapter le tourisme d’hiver et la gestion des risques naturels. Sous la direction de Shardul Agrawala, Paris, 136 p.

 

ONERC (Observatoire National sur les Effets du Réchauffement Climatique), 2008 : Changements climatiques dans les Alpes : Impacts et risques naturels. Rapport Technique N°1 de l’ONERC, Paris, 87 p.

 

Raible C.C., Yoshimori M., Stocker T.F. et Casty C., 2007 : Extreme midlatitude cyclones and their implications for precipitation and wind speed extremes in simulations of the Maunder Minimum versus present day conditions. Climate Dynamics, 28, 409-423.

 

Wilhelm B., Arnaud F., Enters D., Allignol F., Legaz A., Magand O., Revillon S., Giguet-Covex C. et Malet E., 2012a (sous presse) : Does global warming favour the occurrence of extreme floods in European Alps? First evidences from a NW Alps proglacial lake sediment record. Climatic Change. DOI: 10.1007/s10584-011-0376-2

 

Wilhelm B., Arnaud F., Sabatier P., Crouzet C., Brisset E., Chaumillon E., Disnar J.R., Guiter F., Malet E., Reyss J.L., Tachikawa K., Bard E. et Delannoy J.J., 2012b (sous presse) : 1400 years of extreme precipitation patterns over the Mediterranean French Alps and possible forcing mechanisms. Quaternary Research. DOI:10.1016/j.yqres.2012.03.003