Climat Régionaux et Incertitudes,
Ressources en Eau et Energétiques associées de 1960
à 2030
EN BREF...
Penser l'adaptation ou rechercher des stratégies de gestion optimales et durables nécessite de pouvoir évaluer la performance des dispositifs de gestion de la ressource en eau dans un contexte de climat modifié.
Le projet RIWER2030 "Regional ClImate, Water, Energy Resources and uncertainties from 1860 to 2100" porte sur l'élaboration d'un cadre méthodologique et d'une chaîne de simulation et d'analyse permettant
- de générer des scénarios hydrométéorologiques locaux correspondant aux projections climatiques globales,
- d'identifier et d'évaluer, au vu des objectifs et contraintes de gestion actuels, les fragilités du système considéré pour ces scénarios.
Figure : Chaîne de simulation et d'analyse mise en place pour RIWER2030.
Le développement et l'évaluation des différents modèles de la chaîne sont pilotés par les contraintes liées à l'analyse d'impact. Une originalité forte du projet RIWER2030 est la méthodologie mise en place pour
- prendre en compte et propager dans la chaîne les incertitudes liées à la génération des scénarios hydrométéorologiques et à la représentation du système de gestion,
- évaluer leur contribution à l'incertitude globale et évaluer la significativité des changements estimés.
Les travaux sont réalisés pour le bassin amont de la Durance qui alimente la retenue de Serre-Ponçon gérée par EDF.
Les principaux résultats du projet sont consignés dans le rapport scientifique et technique du projet (Hingray et al., 2013). Les résultats détaillés sont présentés dans les thèses de Matthieu Lafaysse (2011), de Baptiste François (2013) ainsi que dans les différentes publications du projet.
ENJEUX ET PROBLEMATIQUE
Evaluer la durabilité des dispositifs de gestion de la ressource en eau dans un contexte de climat modifié fait surgir de nombreuses questions scientifiques et opérationnelles. Les recherches exploratoires développées dans RIWER2030 ont pour objectif d'apporter des éléments de réponse à diverses de ces questions, dont en particulier les suivantes :
? Comment produire, sur la base des sorties des modèles climatiques globaux (GCM), des scénarios de changement climatique adaptés aux échelles spatiales et temporelles des hydrosystèmes étudiés ?
Les Modèles de Descente d'Echelle Dynamique (e.g. Modèle Climatiques Régionaux) sont des outils prometteurs pour dériver de tels scénarios. Ils représentent cependant la réalité de façon imparfaite. Les erreurs systématiques obtenues entre les champs observés et les champs simulés de différentes variables atmosphériques peuvent par suite être importantes, ce qui empêche l'utilisation directe de leur sorties pour les climats futurs.
Les Modèles de Descente d'Echelle Statistique (MDES) offrent une alternative intéressante. Ils utilisent les relations d'échelle existant entre situation atmosphérique aux échelles synoptiques et variables météorologiques locales (Hingray et al., 2009; Maraun et al., 2010). Ils permettent de régionaliser les scénarios climatiques futurs, en produisant des scénarios météorologiques en principe non biaisés, adaptés de surcroit aux échelles spatiales et temporelles des hydrosystèmes étudiés. Malgré l'intérêt toujours plus grand qui leur est porté, l'exploration de leur potentiel et de leurs limites en est encore à ses débuts. Le projet RIWER2030 a contribué à explorer certaines des questions clés associées à ces modèles dont en particulier
- la possibilité d'identifier, pour la région d'intérêt, une stratégie optimale de descente d'échelle et,
- la possibilité d'utiliser, pour un contexte climatique futur modifié, une relation d'échelle identifiée pour le climat récent.
? Comment évaluer, au vu des objectifs et contraintes de gestion actuels de la ressource en eau, les fragilités d'un système de gestion donné pour ces scénarios climatiques régionaux futurs ?
Une telle évaluation requière la mise en place de différents modèles de simulation pour
- estimer à l'échelle régionale la ressource en eau future et sa variabilité spatiale et temporelle, ,
- simuler la gestion future de cette ressource et
- estimer la capacité du système de gestion à satisfaire pour ce nouveau contexte ses objectifs.
La ressource en eau future est classiquement estimée par simulation à l'aide de modèles hydrologiques dont l'emprise est régionale. Cette estimation soulève de nouveau différentes questions importantes telles que celle liées à la transposabilité temporelle des modèles en climat modifié, questions qui mobilisent déjà une bonne part de la communauté scientifique.
Pouvoir simuler la gestion future de cette ressource est beaucoup moins évident du fait en particulier que les usages futurs souhaités de la ressource (e.g. environnement, irrigation, tourisme, énergie) de même que les modalités ou priorités de répartition entre usages ont tout lieu de changer (Sauquet and Coll., 2010). A minima, simuler la gestion nécessite le développement d'un modèle de gestion permettant de reproduire, de façon réaliste - du point de vue du gestionnaire, mais simplifiée - pour pouvoir être appliqué sous scénarios futurs, la gestion actuelle de l'hydrosystème. Cela nécessite aussi de pouvoir formuler les différents objectifs de gestion de façon, lorsqu'il y a lieu d'être, à rendre compte de leur sensibilité au climat ou à l'hydrologie. Ces développements ont été réalisés dans RIWER2030 pour la retenue de Serre-Ponçon.
? Quelles sont les incertitudes associées à ces évaluations ?
De nombreuses sources d'incertitudes sont associées à ce type d'analyse (Chen et al., 2011). La communauté scientifique est confrontée à différents enjeux majeurs :
- comment caractériser l'incertitude totale liées aux projections, ,
- comment estimer les contributions des différentes sources d'incertitude à l'incertitude totale
- quelle est au vu de ces incertitudes la significativité des changements estimés, et en particulier est ce que ces changements sont significativement différents des fluctuations résultant de la variabilité naturelle du climat.
Dans ce contexte, RIWER2030 a exploré la possibilité d'identifier les incertitudes qui peuvent être négligées et celles qui ne le peuvent pas. Par exemple, les incertitudes liées au modèle de descente d'échelle ou au modèle d'impact sont classiquement supposées négligeables devant celles liées aux modèles climatiques. Peu de travaux se sont cependant donné les moyens de vérifier cette hypothèse. Dans RIWER2030, ces différentes sources d'incertitudes ont toutes été considérées sans a priori.
RIWER2030 a aussi proposé un cadre d'analyse permettant d'évaluer l'incertitude totale associée à un ensemble de projection donné, la contribution des différentes sources à cette incertitude totale ainsi que la significativité des changements.
ET LA SUITE ...
Le projet RIWER2030 a conduit au développement de différents modèles nécessaires à la mise d'une chaîne de simulation intégrée allant de la génération de scénarios météorologiques régionaux à la simulation de la gestion d'une retenue d'eau multi-usage. Ces développements ont été accompagnés de différents réflexions et développements méthodologiques tant pour l'évaluation des modèles impliqués dans cette chaîne que pour l'estimation de l'impact du changement proprement dit et des incertitudes associées à cette estimation. Les résultats acquis illustrent en particulier la nécessité d'adopter pour ce type d'analyse une approche multi-modèles et multi-réalisations.
Les travaux effectués ici, d'ordre essentiellement exploratoire et méthodologique, se poursuivent actuellement au sein du projet GICC R2D2-2050 et du projet européen COMPLEX.
Le projet RIWER2030 a été labellisé par le CAPENERGIE,
Pôle de Compétitivité; qui implique plus de 400 acteurs et partenaires de l'industrie, de la recherche et de la formation
des Régions Provence-Alpes-Côte d'Azur, Corse, île de la Réunion, Guadeloupe et Principauté; de Monaco.
