Evaluer les impacts du changement climatique sur le fonctionnement hydro-biogéochimique de la Seine

Évaluer les impacts du changement climatique sur le fonctionnement  hydro-biogéochimique de la Seine

Vincent THIEU1

1UMR 7619 Metis, Sorbonne Universités, UPMC, Univ Paris 06, CNRS, EPHE, IPSL, Paris, France

La prospective est un domaine particulièrement ancré dans les actions de recherche du PIREN-Seine, et face aux enjeux liés au changement climatique, des adaptations des modèles du programme pour construire des scénarios tangibles deviennent de véritables challenges. Le travail présenté ici s’inscrit dans une volonté de pouvoir évaluer les impacts du changement climatique sur les processus hydro-biogéochimiques  du bassin de la Seine à partir des modèles développés au sein du programme.

Pour construire des scénarios futurs, le modèle RIVERSTRAHLER fut choisi comme élément de base, celui-ci permettant une approche générique du fonctionnement hydro-biogéochimique d’un bassin. Des jeux de données de température et de précipitations passées et projetées, issues des bases MESAN et BCCORDEX furent utilisés pour construire un panel de 12 scénarios couvrant la période 2080 à 2100. Pour valider le modèle, une projection de débit fut faite sur la période 2000 à 2010, puis comparée aux données réelles correspondant à cette période. Les sorties de modèles sont apparues en cohérence avec les données réelles, confirmant la bonne capacité à reproduire les débits passés.

L’analyse des sorties de modèle pour la période de 2080 à 2100 révèlent en premier lieu qu’en cas de stabilisation des émissions de CO2 (scénario RCP4.5), peu de modifications hydro-biogéochimiques sont constatées. En revanche, dans le cas d’un scénario plus tendanciel d’augmentation des émissions de CO2 (RCP4.8), les extrêmes hydrologiques comme les crues saisonnières et les périodes étiages apparaissent plus fortement et durent plus longtemps. La diminution des débits lors des périodes d’étiage entrainerait alors, entre autres effets, des augmentations des teneurs en nitrate et en phosphate. Une augmentation des blooms et une diminution associée de l’oxygène est également à prévoir, en particulier en aval de la région parisienne et sur toute la partie avale du bassin. Enfin, une augmentation du potentiel d’eutrophisation des zones côtières est également constatée.

Cet exercice de prospective par modélisation en utilisant RIVERSTRAHLER présente plusieurs intérêts pour l’évaluation de l’impact du changement climatique sur le fonctionnement hydro-biogéochimique du bassin. Il permet une actualisation permanente des évaluations de la qualité de l’eau, de baser les projections sur les analyses fines des processus hydro-biogéochimiques qui s’opèrent, et d’inscrire cette démarche dans le développement d’une évaluation applicable au-delà des limites du bassin de la Seine, et est donc compatible avec des exercices de prospective d’échelle nationale, voire européenne.

Résumé de la présentation par l'auteur

Présentation

 

Discussion :

Question : Merci pour cette présentation très claire. La température de l’eau est-elle prise en compte dans le travail qui a été présenté ?

Réponse : Non, car sur le sujet du changement climatique, il faut être prudent sur ce qu’on avance, et l’idée de ce travail était de connaitre les conséquences à partir de données fiables d’hydrometrie. Nos modèles ne nous permettent pas à l’heure actuelle de faire un lien entre la température de l’air et la température de l’eau, et nous n’avons donc pas pris en compte la conséquence du changement climatique sur la température de l’eau du bassin. Mais ceci dit, il faut prévoir que cette augmentation de la température de l’eau aura effectivement beaucoup d’impact sur les processus hydro-biogéochimique. On ne peut simplement pas s’avancer sur ces données.

N’est-il pas possible de faire tourner les modèles en prenant successivement 1°C supplémentaire, ou 0,5°C, ou 2°C et de voir ce que ça donne ?

Si, et c’est d’ailleurs une question qu’on  s’est posé, et comme je le disais en introduction, la prospective est limitée par les limites du modèle qu’on utilise. A partir de là, il faut faire un choix, soit on modifie le narratif, et on met des données « test », arbitraires, en entrée, comme ce que vous proposez, soit on suit les limites du modèle et on propose des scénarios plus fiables scientifiquement, mais plus limités. Nous avons fait le choix de suivre les limites du modèle dans un premier temps pour des questions de simplicité, et on se réserve la possibilité de, soit modifier le narratif, soit inclure de nouvelles capacités dans nos modèles qui prendrons en compte cette température dans un deuxième temps.

Remarque : Il faut donc le préciser en amont, parce qu’aujourd’hui, dans les discours, on axe beaucoup sur l’augmentation de 2 degrés de la température et de ces conséquences, notamment sur l’eutrophisation. Ne pas voir de donnée de température dans une présentation sur le changement climatique, c’est un peu déroutant.

Réponse : Tout à fait, je suis passé un peu vite à l’oral, pour des questions de limites de temps. Mais dans le résumé, il est bien écrit que nos scénarios sont à pression anthropique constante. Cela veut dire que les conséquences qui sont présentées ici existent dans le cadre d’une pression constante des activités humaines en terme de densité de population, l’agriculture et d’urbanisme, et à température aquatique constante. Cela donne quand même une idée de ce qu’une simple modification de l’hydrologie aura sur la biogéochimie du bassin.

Vous avez relativisé le phénomène d’augmentation des blooms dans votre présentation, en expliquant qu’on avait plutôt une augmentation de la chlorophylle en général. Alors, bloom ou pas bloom ?

J’ai appelé à la relativisation du fait de la présentation et du code couleur qui est utilisé pour représenter cette augmentation en chlorophylle. Il y a certes une augmentation générale sur certains tronçons, mais cette augmentation reste très modérée, et je ne voulais qu’on s’imagine des épisodes de bloom sur des dizaines de kilomètre à l’aval de Paris. Il s’agit d’une augmentation modérée, bien que générale, de la chlorophylle.

Remarque : Il y a des travaux actuellement menés sur les échanges de température entre différents milieux, avec une intégration possible dans les modèles à terme. Par contre, il nous est difficile de parler d’échéance à l’heure actuelle. On pourra donc éventuellement penser à modifier le narratif, même si une augmentation de 1°C généralisé sur le bassin ne me parait pas très réaliste.

Réponse : Il y a d’autres possibilités que de modifier le narratif de manière arbitraire. Nous avons tout de même des savoirs empiriques assez conséquents sur les transferts de température qui nous permettront de faire des hypothèses peut-être moins brutale que simplement « +1°C partout ».

Remarque (suite) : Tout à fait. Il faut également savoir qu’avec des étudiants, nous avons fait un exercice d’augmentation de 2 °C la température de l’eau pendant un étiage, et que cela n’avait pas eu beaucoup  d’effets sur le fonctionnement hydro-biogéochimique. Un des moyens de répondre à ce type de question, ce serait de faire un test de sensibilité avec RIVE.

Il a été fait mention d’une chute des MES dans un de tes scénarios, de 5 mg/L à 10mg/L. A ce niveau-là, il n’y en a quasiment plus du tout, de fait ?

Réponse : Dans certaines projections, nous assistons dans des chutes de 40 à 50% des MES, ce qui peut effectivement donner des taux extrêmement bas.

Remarque : La navigation fluviale n’est alors pas prise en compte, car lorsqu’il y a de la navigation, il y a automatiquement des MES. Il faudra peut-être adapter le modèle sur ce point-là.

Réponse : Effectivement, c’est à prendre en compte.

Remarque : Quand on voit des baisses aussi fortes de débit prévus dans certains scénarios, on se dit que la fiabilité des réseaux de stations d’assainissement va être extrêmement importante pour les moyennes et grosses collectivités, puisque le moindre problème lors d’un évènement tel que ceux prévus va entraîner de gros problèmes de qualité d’eau.

Réponse : Il est évident que la sévérité des évènements de type étiage sont un des enseignements qu’on peut tirer de cette étude. Ceci dit,  je rappelle que tous les modèles ne s’accordent pas, les projections qu’on  propose forment plutôt un éventail de possibilités. A nous de juger ensuite quel est le plus probable.

Remarque : Une précision concernant la baisse des débits et les blooms : en 2011, on a eu une année très sèche et des étiages très sévères, et ça s’est traduit par un bloom phytoplanctonique à plus de 120 µg/l de chlorophylle, qu’on n’avait pas vu depuis plusieurs années. Donc nous sommes effectivement dans un système assez fragile, et il faut prendre en compte cet impact de la baisse des débits sur les blooms.

On peut lire dans la littérature scientifique que sur la Loire, l’eutrophisation visible avait été limitée par le développement d’organismes bivalves filtreurs, ce qui avait permis de réguler les blooms. Est-ce qu’on a une idée de l’impact de ces organismes filtreurs sur le fonctionnement biogéochimique d’un cours d’eau, et est-ce qu’on étudie le développement des organismes filtreurs bivalves dans le bassin de la Seine ?

Nous avons mené des recherches sur les dreissenes, recherches qui ont d’ailleurs fait l’objet d’une présentation plus tôt dans ce colloque, mais il est très compliqué de prendre en compte les processus qui font que les populations de bivalves s’implantent ou pas. Il faudrait se lancer dans un suivi régulier, ce qui demande de nouveaux investissements.