Impact du changement climatique sur la disponibilité de la ressource en eau en Bourgogne : aspects qualitatif et quantitatif

Soutenue le 21 décembre 2016

Financement : 50 % conseil régional de Bourgogne, 50 % agences de l’eau (1/3 Loire-Bretagne, 1/3 Rhône-Méditerranée-Corse, 1/3 Seine-Normandie)

Directeur : Philippe Amiotte Suchet

Début de thèse : novembre 2013

Résumé

De nombreuses études portant sur les impacts du changement climatique sur la ressource en eau ont été réalisées à l’échelle globale, ou celle des grands bassins versants continentaux. Mais celle des petits bassins versants, permettant une meilleure appropriation des impacts attendus par les gestionnaires de l’eau, demeure pourtant peu étudiée.

La région Bourgogne se situe à la croisée de plusieurs bassins hydrographiques (bassin de la Seine, de la Loire et du Rhône), et offre une grande diversité de contextes hydrogéologiques et climatiques. Pour ces raisons, les impacts du changement climatique sur la ressource en eau sont susceptibles de varier très localement, et ne pourront être déterminés que par l’implémentation d’une chaîne de modélisation à l’échelle de petits bassins versants.

L’objectif principal de cette thèse a consisté en la mise en place d’un outil de modélisation à l’échelle des petits bassins versants de Bourgogne.

Pour cela un échantillon de bassin versant a été sélectionné parmi les stations hydrométriques présentes en Bourgogne. Deux modèles hydrologiques de conceptualisation différente ont été choisis pour déterminer les impacts sur la ressource en eau : un modèle pluie-débit global (GR4J) et un modèle semi-distribué à base physique (SWAT). L’utilisation en parallèle de ces deux modèles a permis de fournir une meilleure robustesse aux simulations, et d’approcher des aspects différents des impacts sur la ressource en eau (débit à l’exutoire, ressource spatialisée, qualité de l’eau). En premier lieu, les modèles ont été calibrés sur chacun des bassins versants sur lesquels ils ont été appliqués. Cette calibration a notamment compris un test de robustesse des modèles en contexte de changement climatique, ce qui a permis de valider leur utilisation sur une période future.

Afin de tester la pertinence de la résolution des informations géographiques utilisées par le modèle SWAT, une étude de sensibilité du modèle à la résolution de la base de données pédologique a été réalisée.

Un travail de désagrégation des données climatiques globales a été nécessaire afin d’alimenter les modèles sur la période future.

L’analyse de données observées a permis de mettre en évidence une rupture climatique (en Bourgogne comme en France métropolitaine), et une modification des régimes hydrologiques de part et d’autre de cette rupture. Les projections réalisées sur la période 1980-2100 ont permis de montrer : i) peu d’évolution des débits moyens annuels, mais une accentuation de la saisonnalité, via une augmentation des débits hivernaux et une diminution des débits estivaux, en lien avec le régime des précipitations, mais également avec l’augmentation de l’évapotranspiration. ii) des indicateurs d’étiages montrant une aggravation de leur sévérité et une emprise temporelle plus grande durant l’année hydrologique, iii) une qualité de l’eau dégradée (notamment via les concentrations en nitrates et en oxygène dissous).

Afin d’ouvrir de nouvelles perspectives grâce à cette chaîne de modélisation (notamment en terme d’aménagement du territoire et de politique publique), des tests de sensibilité à divers scénarios de changement de pratiques agricoles ont été réalisés.

Mots-clés

changement climatique, modélisation hydrologique, Bourgogne, GR4J, SWAT

Comité de suivi de thèse

Nicolas Le Moine, UMR 7619 Sisyphe, université Pierre et Marie Curie, Paris
Yves Richard, laboratoire Biogéosciences
Thierry Castel, laboratoire Biogéosciences
Marjorie Ubertosi, Agrosup Dijon, pôle Ecoldur, Dijon
José Miquel Sanchez Perez, ECOLAB, UMR 5245 CNRS-UPS-INPT, ENSAT, Castanet Tolosan

Membres du jury

E. Sauquet, IRSTEA Lyon – rapporteur
M. Vanclooster, Université Catholique de Louvain – rapporteur
J-M. Soubeyroux, Météo-France, Toulouse – examinateur
J.M. Sanchez-Perez, ENSAT/université de Toulouse III – examinateur
P. Amiotte-Suchet, université de Bourgogne Franche-Comté – directeur de thèse
M. Ubertosi, AgroSup Dijon – coencadrante de thèse

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novembre 2013

date_de_soutenance:

21 décembre 2016

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Impact du changement climatique sur la disponibilité de la ressource en eau en Bourgogne : aspects qualitatif et quantitatif

Soutenue le 21 décembre 2016

Financement : 50 % conseil régional de Bourgogne, 50 % agences de l’eau (1/3 Loire-Bretagne, 1/3 Rhône-Méditerranée-Corse, 1/3 Seine-Normandie)

Directeur : Philippe Amiotte Suchet

Début de thèse : novembre 2013

 

Résumé

De nombreuses études portant sur les impacts du changement climatique sur la ressource en eau ont été réalisées à l'échelle globale, ou celle des grands bassins versants continentaux. Mais celle des petits bassins versants, permettant une meilleure appropriation des impacts attendus par les gestionnaires de l'eau, demeure pourtant peu étudiée.

La région Bourgogne se situe à la croisée de plusieurs bassins hydrographiques (bassin de la Seine, de la Loire et du Rhône), et offre une grande diversité de contextes hydrogéologiques et climatiques. Pour ces raisons, les impacts du changement climatique sur la ressource en eau sont susceptibles de varier très localement, et ne pourront être déterminés que par l'implémentation d'une chaîne de modélisation à l'échelle de petits bassins versants.

L'objectif principal de cette thèse a consisté en la mise en place d'un outil de modélisation à l'échelle des petits bassins versants de Bourgogne.

Pour cela un échantillon de bassin versant a été sélectionné parmi les stations hydrométriques présentes en Bourgogne. Deux modèles hydrologiques de conceptualisation différente ont été choisis pour déterminer les impacts sur la ressource en eau : un modèle pluie-débit global (GR4J) et un modèle semi-distribué à base physique (SWAT). L'utilisation en parallèle de ces deux modèles a permis de fournir une meilleure robustesse aux simulations, et d'approcher des aspects différents des impacts sur la ressource en eau (débit à l'exutoire, ressource spatialisée, qualité de l'eau). En premier lieu, les modèles ont été calibrés sur chacun des bassins versants sur lesquels ils ont été appliqués. Cette calibration a notamment compris un test de robustesse des modèles en contexte de changement climatique, ce qui a permis de valider leur utilisation sur une période future.

Afin de tester la pertinence de la résolution des informations géographiques utilisées par le modèle SWAT, une étude de sensibilité du modèle à la résolution de la base de données pédologique a été réalisée.

Un travail de désagrégation des données climatiques globales a été nécessaire afin d'alimenter les modèles sur la période future.

L'analyse de données observées a permis de mettre en évidence une rupture climatique (en Bourgogne comme en France métropolitaine), et une modification des régimes hydrologiques de part et d'autre de cette rupture. Les projections réalisées sur la période 1980-2100 ont permis de montrer : i) peu d'évolution des débits moyens annuels, mais une accentuation de la saisonnalité, via une augmentation des débits hivernaux et une diminution des débits estivaux, en lien avec le régime des précipitations, mais également avec l'augmentation de l'évapotranspiration. ii) des indicateurs d'étiages montrant une aggravation de leur sévérité et une emprise temporelle plus grande durant l'année hydrologique, iii) une qualité de l'eau dégradée (notamment via les concentrations en nitrates et en oxygène dissous).

Afin d'ouvrir de nouvelles perspectives grâce à cette chaîne de modélisation (notamment en terme d'aménagement du territoire et de politique publique), des tests de sensibilité à divers scénarios de changement de pratiques agricoles ont été réalisés.

Mots-clés

changement climatique, modélisation hydrologique, Bourgogne, GR4J, SWAT

Comité de suivi de thèse

Nicolas Le Moine, UMR 7619 Sisyphe, université Pierre et Marie Curie, Paris
Yves Richard, laboratoire Biogéosciences
Thierry Castel, laboratoire Biogéosciences
Marjorie Ubertosi, Agrosup Dijon, pôle Ecoldur, Dijon
José Miquel Sanchez Perez, ECOLAB, UMR 5245 CNRS-UPS-INPT, ENSAT, Castanet Tolosan

Membres du jury

E. Sauquet, IRSTEA Lyon – rapporteur
M. Vanclooster, Université Catholique de Louvain – rapporteur
J-M. Soubeyroux, Météo-France, Toulouse – examinateur
J.M. Sanchez-Perez, ENSAT/université de Toulouse III – examinateur
P. Amiotte-Suchet, université de Bourgogne Franche-Comté – directeur de thèse
M. Ubertosi, AgroSup Dijon – coencadrante de thèse

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Impact du changement climatique sur la disponibilité de la ressource en eau en Bourgogne : aspects qualitatif et quantitatif

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21 décembre 2016

extrait:

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20161221

nom:

Brulebois

titre:

Impact du changement climatique sur la disponibilité de la ressource en eau en Bourgogne : aspects qualitatif et quantitatif