Changement climatique et crues

par Zbigniew W. Kundzewicz *

Introduction

Dans de nombreuses régions du monde, les crues constituent un risque naturel majeur. Plusieurs inondations récentes ont occasionné chaque fois des dégâts matériels s’élevant à plus de 10 milliards de dollars (en Chine, les dégâts des inondations de l’été 1998 ont atteint 30 milliards de dollars). Le bilan humain est toujours lourd, une crue dans un pays moins développé faisant généralement plus d’un millier de victimes. Les dégâts économiques provoqués chaque année par des événements climatiques extrêmes ont été multipliés par 10 (en dollars indexés) entre les années 50 et 90, et ceux causés par les crues ont progressé dans les mêmes proportions.

Les crues destructrices sont des phénomènes courants hors d’Europe, en particulier dans des pays d’Asie comme le Bangladesh, la Chine et l’Inde. Cependant, depuis les années 90, des régions entières d’Europe ont été durement touchées. Ainsi, les dégâts matériels subis en Europe en 2002 (21 milliards d’euros) furent les plus importants jamais enregistrés pour une seule année.

Observations

Groisman et al. (2005) constatent une augmentation généralisée des fortes précipitations dans les latitudes moyennes. On note aussi une multiplication des fortes précipitations en Afrique du Sud, en Sibérie, dans le centre du Mexique, le nord-est des États-Unis et le nord du Japon où le total des précipitations et la fréquence des jours pluvieux n’ont pas, selon le cas, changé ou diminué. On peut y voir un effet du réchauffement accompagné d’une augmentation de la concentration de vapeur d’eau dans l’atmosphère et donc d’une intensification des précipitations pouvant entraîner des crues.

Les débits et niveaux records de plusieurs rivières ont été dépassés lors de récentes inondations. Pendant celle de 2002, la Vltava a dépassé son débit record à Prague (République tchèque). Ce fut la seule fois en 175 ans que son débit dépassait 5 000 m³/s alors qu’entre 1941 et 2001, il était toujours resté en-dessous de 2 500 m³/s. La hauteur maximum des eaux de l’Elbe enregistrée en 2002 à Dresde (Allemagne), 940 cm, dépassait son précédent niveau historique de 63 cm. Jamais, entre 1880 et 2001, il n’avait dépassé 800 cm.

Plusieurs programmes techniques et scientifiques de l’OMM s’intéressent à la variabilité et au changement du climat et à leur effet sur les phénomènes hydrologiques extrêmes tels que les crues. Les activités de ces programmes visent à mieux comprendre et connaître l’incidence du changement climatique sur les ressources en eau et les phénomènes hydrologiques extrêmes. Le Programme climatique mondial-Eau (PCM-Eau) en particulier est une initiative portant sur l’hydroclimatologie mondiale qui rassemble les connaissances techniques en matière d’évaluation systématique à l’échelon mondial des variations et changements des régimes hydrologiques et ressources en eau liés au climat. Il fournit aussi des orientations ainsi qu’un appui aux Services météorologiques et hydrologiques nationaux (SMHN) de l’OMM, à des programmes de recherche nationaux et internationaux, à des activités d’éducation et de renforcement des capacités, à des organisations internationales et des conventions.

Après les inondations impressionnantes qui se sont produites récemment, la recherche de séries chronologiques longues dans les données relatives aux crues prend une importance particulière tant d’un point de vue scientifique que sur le plan pratique. Elle est essentielle pour la planification de systèmes de protection contre les crues dont la conception repose depuis toujours sur le principe de débits fluviaux stables. Dans le cadre du Programme climatique mondial-Eau ont été entreprises d’importantes activités dans le domaine de l’analyse des séries chronologiques longues se rapportant à l’observation hydrologique, afin de déceler des signes de changement (Kundzewicz et Robson, 2000, 2004; Kundzewicz et al., 2004, 2005; Radziejewski et Kundzewicz, 2004a), Svensson et al., 2004,2005). Une étude de détection de changement sur des séries chronologiques des débits fluviaux maximums annuels dans le monde, réalisée dans le cadre du PCM-Eau par Kundzewicz et al. (2004, 2005a)) à partir de données provenant du Centre mondial de données sur l’écoulement de Coblence (Allemagne), ne corrobore pas l’hypothèse d’une augmentation généralisée des débits élevés dans le monde entier. Bien que le test de Mann-Kendall ait permis de détecter 27 cas de hausses prononcées et statistiquement significatives, on relève aussi 31 baisses, tandis que la plupart (137) des relevés ne laissent pas apparaître de changements statistiquement significatifs. Aucune tendance significative et cohérente n’a été trouvée par Svensson et al. (2004, 2005) qui ont analysé les pics au-delà d’un seuil (méthode POT).

Même si aucun changement cohérent n’apparaît dans les relevés européens, on a constaté (Kundzewicz et al., 2006) qu’au cours de la période 1961-2000, les débits maximums journaliers ont été atteints beaucoup plus souvent (à 46 stations) au cours des deux dernières décennies (1981-2000) que pendant les deux premières (1961-1980) (dans 24 stations).

Toutefois, la circonspection est de mise pour l’interprétation de ces résultats, parce qu’une crue est un phénomène complexe résultant d’un ensemble de facteurs. L’analyse ne fait pas la distinction entre les mécanismes déclencheurs (fonte de neige ou chute de pluie, par exemple) et traite toutes les crues de la même manière. Une analyse saisonnière de Mudelsee et al. (2003) fait apparaître une diminution significative des crues hivernales de l’Elbe et de l’Oder, tandis qu’aucun changement significatif ne ressort des crues estivales. Un résultat fiable mentionné par Arnell et Liu (2001) est la diminution, en Europe, du nombre des crues provoquées par un embâcle. On y constate aussi une évolution du calendrier des crues dans de nombreuses régions, avec une fréquence accrue à la fin de l’automne et en hiver. De plus, l’écoulement fluvial fluctue naturellement dans de fortes proportions et a une tendance à la persistance de nature à brouiller les résultats des tests.

Outre la complexité inhérente à la détection d’un signal de l’effet de serre dans les relevés de débit, de sérieux problèmes se posent au niveau des données (impact humain direct, longueur des séries, interruptions, erreurs) et de la méthodologie utilisées pour détecter les changements. Même si les données sont parfaites, les phénomènes extrêmes sont rares. Par conséquent, même en disposant d’une très longue série chronologique de relevés faits à l’aide d’instruments, on n’obtient qu’un nombre limité de crues réellement extrêmes et destructrices.

Comme le font remarquer Radziejewski et Kundzewicz (2004b)), qui ont étudié la détectabilité et introduit de manière artificielle (c’est-à-dire tout à fait maîtrisée) des tendances dans les séries chronologiques, le fait de ne pas détecter une tendance significative n’est pas la preuve d’une absence de changement. Un changement léger et de courte durée peut passer inaperçu. En revanche, un changement plus affirmé et de plus longue durée a plus de chance d’être détecté.

Projections

L’évolution des précipitations maximales est extrapolée au moyen de simulations de modèles climatiques en divers points du globe. D’une manière générale, l’impact devrait être plus prononcé sur les précipitations extrêmes que sur les moyennes. La capacité de rétention d’eau de l’atmosphère — et, par conséquent, sa teneur absolue potentielle — augmentant avec la température, la possibilité de précipitations intenses augmente elle aussi. Les résultats de récents travaux sur les changements constatés dans les précipitations extrêmes indiquent dans l’ensemble une augmentation de l’intensité des précipitations journalières pour l’avenir.

Comme le font remarquer Arnell et Liu (2001), l’évolution future de la fréquence des crues en Europe est complexe et tributaire des mécanismes déclencheurs; l’ampleur des crues devrait par exemple augmenter lorsqu’elles sont le résultat de pluies abondantes, tandis qu’elle diminuerait dans le cas de crues de printemps provoquées par la fonte des neiges. Il est probable que le changement climatique entraîne une augmentation du risque d’inondations riveraines dans une grande partie de l’Europe.

Milly et al. (2002) ont démontré que, dans 15 des 16 grands bassins de référence analysés dans le monde, le niveau de la crue centennale de référence devrait être dépassé plus fréquemment du fait du quadruplement de la concentration de dioxyde de carbone. Dans certaines régions, ce dépassement pourrait même se produire tous les deux à cinq ans. Des hausses particulièrement prononcées de la fréquence des phénomènes extrêmes sont à prévoir dans le nord de l’Asie, quoique ces projections suscitent beaucoup d’incertitude. L’impact des phénomènes extrêmes sur le bien-être des populations risque d’être disproportionné dans les pays qui ont peu de moyens de s’y adapter (Manabe et al., 2004).

Conclusions

Suivant les lois de la physique, la capacité de rétention d’eau de l’atmosphère et, par conséquent, le potentiel de précipitations intenses, augmentent avec le réchauffement. Des signes manifestes de réchauffement et une série de fortes crues d’origine pluviale ayant été observés récemment dans de nombreuses régions, il est essentiel de rechercher la présence de tendances dans les précipitations et débits de crue extrêmes. En dépit d’une augmentation très répandue des précipitations intenses observées, l’analyse des maximums annuels des débits fluviaux ne dénote pas une tendance générale et cohérente à l’augmentation, ce qui contredit certaines projections faisant état d’un potentiel de précipitations plus intenses qui augmentera le risque de crues.

Les changements de la fréquence des crues liés au climat sont complexes et sont fonction du mécanisme à l’origine de la crue (de fortes pluies ou la fonte des neiges au printemps, par exemple) qui est à son tour influencé de diverses manières par le changement climatique. Une augmentation des précipitations dans un monde qui se réchauffe est plausible et de nature à entraîner une hausse du risque de crues dans des zones où les inondations sont habituellement déclenchées par des pluies estivales intenses (Kundzewicz et al., 2005). De même, le risque de crues peut augmenter pendant des hivers plus humides et plus chauds accompagnés de pluies plus fréquentes et d’une raréfaction des chutes de neige. En revanche, les crues provoquées par la fonte des neiges ou par un embâcle devraient généralement être moins fréquentes et moins importantes dans un monde qui se réchauffe (affirmation fiable, liée à l’observation des températures). Lorsque la fonte des neiges survient plus tôt dans la saison et est moins abondante, le risque d’inondations de printemps diminue. C’est ainsi que, dans les régions où les crues peuvent être la conséquence de plusieurs mécanismes différents, l’effet net du changement climatique sur le risque de crues n’est pas négligeable et ne permet pas de dégager une règle générale et universelle à propos de l’évolution du risque de crue.

Le risque de crue a tendance à s’accroître dans de nombreuses régions en raison d’une série d’impacts climatiques et autres dont l’importance relative est propre au site. Il est soumis à plusieurs facteurs non climatiques, comme les changements survenant dans les systèmes économiques et sociaux et ceux apportés aux systèmes terrestres (systèmes hydrologiques et écosystèmes). Les changements d’affectation des sols, qui impliquent des changements dans leur couverture, déterminent les rapports entre précipitation et écoulement dans le bassin hydrographique. Le déboisement, l’urbanisation et le recul des terres humides réduisent la capacité de rétention d’eau et augmentent le coefficient d’écoulement, entraînant une élévation de l’amplitude des crues et une diminution du temps d’arrivée à la pointe de crue. De plus, dans de nombreuses régions, des zones inondables sont progressivement occupées et aménagées, ce qui a pour effet d’augmenter les dégâts potentiels en cas de crue. Les principaux facteurs afférents au risque de crue sont la population et la croissance économique, la stratégie de protection contre les crues, la connaissance (ou l’ignorance) du risque de crue et une culture de l’indemnisation.

L’adaptation à un risque de crue plus élevé s’impose d’urgence et constitue un enjeu difficile pour les systèmes intégrés de préparation et de gestion en matière de crue pour lesquels doit être trouvé le juste équilibre entre mesures structurelles et mesures non structurelles. Parmi ces dernières, une des plus essentielles est le système de prévision et d’annonce de crues qui nécessite une meilleure utilisation des données et informations météorologiques ainsi qu’une collaboration étroite entre les services météorologiques et hydrologiques nationaux, comme l’a souligné l’Initiative pour la prévision des crues de l’OMM.

Plusieurs activités pourraient contribuer à améliorer la compréhension des liens existant, en termes quantitatifs, entre le changement climatique et les crues. La poursuite des efforts en matière de détection et de définition du changement, reposant sur une analyse de séries chronologiques longues de relevés d’observation fiables, s’impose. De même, il est absolument nécessaire de poursuivre les efforts visant à déduire des impacts liés au climat des résultats fournis par la dernière génération de modèles climatiques.

Remerciements

Le présent article se rapporte à une activité de fond menée par l’auteur dans le cadre du projet «Phénomènes météorologiques et hydrologiques extrêmes en Pologne» financé par le ministère de l’Éducation et de la Science de la République de Pologne et par le projet ENSEMBLES du sixième Programme-cadre de l’Union européenne.

Bibliographie

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* Centre de recherche sur le milieu agricole et forestier, Académie polonaise des sciences, Bukowska 19, 60809 Poznań, Pologne et Institut Potsdam de recherche sur l’impact climatique, Telegrafenberg, 14412 Potsdam, Allemagne