4.La variabilité historique des ressources en eau

Comme il a été montré dans le chapitre précédent, modéliser, prévoir et estimer les risques liés aux ressources en eau revêt une importance capitale dans le contexte actuel de changement global. Cela nécessite une très bonne connaissance des hydrosystèmes et de leur variabilité dans le temps et d’appréhender la variabilité actuelle dans un cadre temporel le plus large possible.

Malheureusement, les longues séries de mesures hydrologiques sont relativement rares, le développement des observations systématiques n’ayant commencé que dans les années 1960 et une profondeur d’une cinquantaine d’années est insuffisante pour pouvoir appréhender la variabilité de ces systèmes complexes. La paléo-hydrologie permet de résoudre en partie ce problème en prolongeant les séries temporelles de certains paramètres hydrologiques dans le passé à partir d’indicateurs historiques ou naturels. Les indicateurs historiques utilisés pour l’analyse restrospective de la variabilité hydrologique sont les rares longues séries instrumentales, les ré-analyses de variables météorologiques (§4.2) et les données historiques que l’on retrouve dans des textes qui mentionnent des faits relevant de l’hydrologie, comme les crues, les étiages remarquables ou l’englacement des cours d’eau (§4.1). Les indicateurs dits naturels - ou proxys naturels - sont entre autres les cernes d’arbres, les sédiments lacustres (§4.3) qui sont de très bons enregistreurs des crues et les traces glaciaires qui permettent de mettre en évidence les phases de recul et d’avancée des glaciers au cours du temps (§4.4).

Ces différents indicateurs permettent de reconstituer la variabilité temporelle de différents paramètres hydrologiques sur des périodes de temps variées (du siècle au millénaire), et avec des résolutions temporelles différentes. L’analyse de la variabilité hydrologique passée permet de remettre les variations observées dans un contexte temporel bien plus étendu et ainsi d’améliorer la connaissance sur le fonctionnement et l’évolution des systèmes fluviatiles et lacustres avec éventuellement l’identification de cycles temporels ou de tendance à long terme, et, dans le cas des évènements extrêmes (crues et sécheresses), la possibilité de mieux appréhender leur variabilité en termes de fréquence et d’intensité. Ces informations permettent également, en élargissant le cadre chronologique d’analyse, de réduire l’incertitude d’échantillonnage et d’affiner la caractérisation des distributions statistiques des précipitations et des débits dont la connaissance revêt un intérêt capital en termes de prévision, de prédétermination du risque hydrologique et, in fine, d’aménagement du territoire.

Si les premières données instrumentales de mesure des conditions météorologiques réellement utilisables datent du tout début de la période contemporaine, il existe cependant un vaste corpus d’archives textuelles que l’on peut qualifier d’« environnementales » et qui font office de sources indirectes pour reconstituer le contexte climatique dans le Sud-Est de la France (voir la base de données historiques HISTRHONE). Pour le XVIIIe siècle et la première partie du XIXe, ces archives permettent de comprendre l’ampleur et l’impact des perturbations hydro-climatiques en Provence et d’identifier les fluctuations de la pluviométrie durant une période historique aujourd’hui considérée comme l’apex du Petit Âge de Glace dans l’Ouest du Bassin Méditerranéen (caractérisée par de nombreuses phases de sécheresse mais aussi par de violents épisodes de précipitations). C’est, par exemple, le cas de certains documents ecclésiastiques comme les processions religieuses et d’autres dossiers spécifiques comme les recueils de « secours aux communautés » (Fonds des États de Provence, Archives départementales des Bouches-du-Rhône) qui regroupent de nombreuses demandes d’aide des populations consécutives à des évènements météorologiques extrêmes bien souvent dévastateurs pour les infrastructures, les biens matériels ou les ressources agricoles.

L’analyse de ces archives textuelles « environnementales », existantes pour les périodes modernes et contemporaines, permet donc d’apporter des informations sur les fluctuations du régime des précipitations et les ressources en eau disponibles en Provence. Ces observations, effectuées la majeure partie du temps par des érudits, se révèlent après analyse bien plus précises et informatives que leur ancienneté pourrait le laisser penser. Elles ne nécessitent souvent que de légères corrections pour être intégrées à des longues séries de mesures hydro-climatiques contemporaines.

Les projections climatiques annonçant une réduction de la disponibilité en eau ont récemment conduit les hydrologues à s’interroger sur la connaissance des sécheresses hydrologiques actuelles et passées pour mettre en perspective les événements futurs possibles issus des chaînes de modélisation hydroclimatique. Par ailleurs, la variabilité climatique et l’augmentation des températures de l’air constatées au cours des dernières années ont renforcé les besoins d’EDF et des gestionnaires de l’eau de disposer de longues séries. C’est le cas en particulier de la Durance, compte tenu des enjeux opérationnels sur les usages de l’eau et ceux de recherche (projet R²D² 2050, §3.2). Ces éléments scientifiques et opérationnels ont motivé des travaux de reconstitution de données hydrologiques sur l’ensemble du XXe siècle et une partie du XIXe siècle. Ces reconstitutions permettent d’appréhender de façon conjointe la variabilité temporelle et spatiale de variables hydrologiques. À partir de méthodes similaires (Zoom 2), des reconstitutions des étiages extrêmes et des débits de la Durance ont été réalisées ces dernières années dans la région.

Approche déployée dans le cadre de l’étude des sédiments lacustres

Dans le contexte du réchauffement global, une modification du cycle hydrologique est attendue, pouvant notamment affecter les aléas hydrologiques (crues, inondations, etc.). Cependant, peu de données d’observation permettent de confirmer cette théorie, car les périodes d’observations sont généralement trop courtes par rapport au temps de retour de ces événements. Pour préciser les relations entre la variabilité climatique et la dynamique des crues, les sédiments de lacs sont de plus en plus étudiés car ils permettent de documenter l’évolution des crues au cours des derniers siècles, voire sur plusieurs millénaires. Au cours d’une crue, l’augmentation du débit entraîne une importante érosion de matériaux qui sont transportés par le cours d’eau puis piégés dans les lacs à l’aval, où ces matériaux formeront des dépôts caractéristiques, appelés « dépôts de crues ».

Variabilité millénaire des crues dans les Alpes du Sud

Deux chroniques millénaires d’occurrence et d’intensité de crues passées ont ainsi été reconstituées (Figure 13) dans les Alpes du Sud ; dans le Haut-Queyras à partir des sédiments du lac de Foréant et dans le Haut-Verdon à partir des sédiments du lac d’Allos (Photo 4). Ces chroniques nous révèlent que la fréquence des crues était nettement plus élevée pendant la dernière période froide, appelée Petit Âge glaciaire (PAG, 1300- 1860 après J.-C.). Cette augmentation de la fréquence des crues semble s’expliquer par un renforcement des phénomènes de circulations atmosphériques qui amenaient davantage de masses d’air humide de la Méditerranée. C’est ce même processus qui serait à l’origine d’une augmentation significative de l’intensité des crues dans le secteur d’Allos pendant cette période froide du PAG. Si le haut du Queyras semble également avoir connu des crues intenses pendant le PAG, c’est pendant la période chaude de l’Anomalie Climatique Médiévale (ACM, 900-1200 après J.-C.) qu’ont eu lieu les crues les plus intenses, dépassant largement celles enregistrées au cours des dernières décennies.

Quel impact aura le retrait futur des glaciers alpins sur la ressource hydrique de la région ?

Pour répondre à cette question et pour mieux s’adapter aux scénarios potentiels, il faut comprendre la sensibilité des glaciers au réchauffement. Utiliser et améliorer nos connaissances dans ce domaine permet d’affiner la modélisation de la réponse des glaciers aux variations climatiques et ainsi d’améliorer les simulations numériques de l’évolution future des glaciers.

La période interglaciaire actuelle, appelée « Holocène », fait suite à la dernière période glaciaire qui s’est terminée il y a à peu près 12 000 ans. Elle est caractérisée par un climat relativement stable. Néanmoins, il y a eu, entre environ 9 000 et 5 000 ans avant l’époque actuelle, une longue période, appelée optimum climatique de l’Holocène, qui était probablement plus chaude qu’aujourd’hui. La réponse des glaciers alpins à cette période chaude, qui est le meilleur analogue aux scénarios climatiques futurs, est encore mal connue. Néanmoins, nous savons que, durant plusieurs épisodes de l’Holocène, certains glaciers étaient de taille équivalente, voire même inférieure, à celle observée aujourd’hui.

Une des méthodes pour étudier le déplacement des fronts glaciaires repose sur la datation par le radiocarbone des restes de plantes qui ont poussé en aval d’un glacier lors des périodes plus chaudes et qui ont ensuite été incorporés dans (ou sous) la glace durant les avancées glacières des périodes plus froides. Il a ainsi été montré que la surface de plusieurs glaciers, notamment en Suisse, était plus réduite qu’aujourd’hui (1985) pendant presque toute la durée de l’optimum climatique de l’Holocène, voire au-delà (Figure 14).