Vous êtes

Sélectionner

Réduire la taille texte Rétablir la taille du texte par défaut Agrandir la taille du texte Partager cette page Favoris Courriel Imprimer

Changement climatique : quel impact sur le bassin de la Seine ?

Vue du canal de restitution du lac Seine, septembre 2012 © David Dorchies / Irstea

11/04/2014

Pour anticiper les futurs effets du changement climatique en Europe, les scientifiques élaborent dès aujourd’hui des stratégies d’adaptation et de gestion. Les chercheurs d’Irstea ont participé au projet européen ClimAware, s’intéressant aux impacts du changement climatique sur les ressources en eau aux échelles continentales et régionales. Focus sur leur étude des 4 lacs-réservoirs du bassin de la Seine, avec un risque d’étiages accru d’ici 2050.

Pour éviter une nouvelle crue de la Seine comme en 1910 et soutenir les débits faibles, de grands lacs-réservoirs ont été construits sur le bassin de la Seine, entre 1949 et 1991, avec 4 principaux ouvrages : le lac de Pannecière (sur l’Yonne), le lac de Seine, le lac de Marne et le lac de l’Aube. Ces 4 réservoirs artificiels, pouvant stocker au total près de 800 millions de m3, remplissent un double objectif :

  • Limiter/écrêter les crues
  • et soutenir les étiages [1].

L’ensemble est géré par l’Établissement public territorial de Bassin Seine Grands Lacs, partenaire du projet ClimAware. Si aujourd'hui l'action des lacs permet de réduire les conséquences des crues et d'assurer la continuité des usages (alimentation en eau potable, industrie, agriculture...) en période d'étiage et face aux aléas du changement climatique, la question de l'efficacité de cette action se pose.

Dossier spécial

Risque inondation : la recherche relève le niveau

Le projet ClimAware [2] s’est ainsi intéressé à l’hydrologie du bassin et à la gestion des réservoirs à l’horizon 2050 que les équipes des centres Irstea de Montpellier et d’Antony [3] ont modélisé, à partir de scénarios climatiques passés (1965-1991) et futurs (2045-2065), de données météorologiques et de débits. 25 stations de mesure de débits dispersées sur les cours d’eau du bassin ont permis de découper le bassin en sous-bassins, et ainsi mieux prendre en compte les hétérogénéités spatiales.

Sous le seuil de vigilance

Le projet s’inscrit plus globalement dans le cadre de la Directive-cadre européenne sur l’eau (DCE), qui vise le « bon état écologique des masses d’eau d’ici 2015 ». Or, pour répondre à cet objectif, les périodes d’étiages sont cruciales : afin d’éviter toute pollution et eutrophisation des milieux, suite aux rejets des stations d’épuration, il est nécessaire d’avoir un niveau d’eau suffisant afin de permettre la dilution des matières polluantes. Mais comme le souligne les conclusions du projet ClimAware, avec le changement climatique, l’hydrologie naturelle du bassin va évoluer : "On peut s’attendre à des baisses de débits d’étiages de l’ordre de 30 à 40 %, et des périodes d’étiages (été & automne) qui s’allongent", explique David Dorchies, ingénieur en hydraulique au centre Irstea de Montpellier. Avec les règles actuelles de gestion des réservoirs [4], l’impact se fera vite sentir. "On aura du mal à maintenir un débit suffisant à Paris pour garantir une bonne qualité d’eau." Et l’on passera alors plus souvent sous le seuil de vigilance [5].

Le projet de recherche annonce ainsi des étiages plus sévères et plus fréquents. Plus surprenant, la modélisation du risque crues s’est révélée plus difficile : les scénarios de précipitations extrêmes diffèrent et aucune tendance ne ressort sur les crues. "Les crues importantes sont rares, 1 fois tous les 100 ans. Elles sont donc rarement testées ; ce sont pourtant les plus intéressantes. Mais nos scénarios et données reposent sur des chroniques trop courtes…"

Dans la peau de Seine Grands Lacs

Outre la mise au point de modèles et scénarios, l’enjeu était de proposer des stratégies d’adaptation pour une meilleure gestion des réservoirs. "Il a fallu se mettre dans la peau de Seine Grands Lacs et voir ce que l’on pouvait améliorer", souligne David Dorchies. Les scientifiques ont travaillé sur 2 niveaux d’adaptation :

  • Tactique. L’idée est de modifier les courbes d’objectif de remplissage des réservoirs. Ces courbes déterminent l’état dans lequel se trouve le lac à un moment donné (en saison sèche, le lac est plein ; en saison humide, il est suffisamment vide pour pouvoir écrêter les crues). Or, avec le changement climatique, les saisons vont se décaler… "Notre méthode : on compte à rebours, explique David Dorchies. Connaissant le futur, on part de la fin de notre période et on calcule la quantité d’eau qu’on aurait dû conserver pour ne pas dépasser le seuil." On minimise ainsi le risque de ne pas atteindre un objectif.
  • Opérationnel. Objectif : une gestion en temps réel des réservoirs, à l’aide d’une commande prédictive [6]. "On fait tourner un modèle sur un horizon de 9 jours et on utilise cette prévision à 9 jours pour optimiser nos actions sur les lacs." Les chercheurs ont utilisé de vraies prévisions météorologiques de pluies (entre 2005 et 2008) et ont relevé les erreurs des prévisions par rapport aux données réelles, afin de les appliquer aux modèles et être au plus près de la réalité.

2 leviers donc, mais pour 2 objectifs bien différents. En effet, en ce qui concerne les étiages, il s’agit de dynamiques très lentes (les débits varient peu). Ainsi, la commande prédictive, qui joue sur un horizon très court, apporte peu contrairement aux courbes de remplissage. Pour les crues, c’est l’inverse : la commande prédictive permet de mieux caractériser le moment précis du passage du pic de crue, et donc à quel moment il faut écrêter.

Et ce travail s’est concrétisé par le développement d’un outil bientôt transférable aux gestionnaires, permettant de construire des courbes de remplissage optimisées et d’évaluer le risque pris par le gestionnaire par rapport aux objectifs fixés à l’aval pour un volume donné d’un lac-réservoir, un jour donné de l’année. "Il s’agit de l’adaptation la plus prometteuse, souligne David Dorchies. Toutefois, la mise en place de la commande prédictive se révèle plus compliquée, car cela nécessite un système fonctionnant en temps réel et centralisé". Actuellement, les lacs-réservoirs sont gérés selon des réglements d'eau locaux, dimensionnés pour avoir une action à l'échelle locale et jusqu'en aval de la région Île de France. Les crues sont alors écrêtées bien en amont avant d’arriver jusqu’à la capitale. Jusqu’à présent…

Car c’est là la limite d’un tel projet : les scénarios climatiques renferment encore de nombreuses incertitudes, essentiellement régionales. "Grâce au débiaisage (correction des scénarios par une comparaison des scénarios passés avec les données historiques), nous avons des valeurs qui correspondent davantage à une réalité que nous connaissons (au niveau du passé-présent), conclut Guillaume Thirel, hydrologue chargé de recherche au centre d’Antony. Nous pouvons ensuite appliquer cette marge d’erreur aux données simulées pour le futur. Mais nous nous concentrons en général surtout sur les évolutions futures et non les valeurs absolues, car nous savons que ce n’est pas aussi précis…"

Consultez le rapport final du projet ClimAware (PDF).

En savoir plus
  • Consultez les pages des centres de Montpellier et Antony.
  • Les unités de recherche Gestion de l'eau, acteurs et usages (G-EAU) à Montpellier et Hydrosystèmes et bioprocédés (HBAN) à Antony.

[1] On appelle étiage la période de l’année où le niveau d’un cours d’eau atteint son point le plus bas. À ne pas confondre avec les basses eaux saisonnières habituelles, même s’il en est l’exacerbation.

[2] Projet ClimAware (septembre 2010-décembre 2013), dans le cadre du 2nd Joint IWRM-NET Call for Research on Integrated Water Resource Management. Partenaires : Université de Kassel (Allemagne), Irstea (France), EPTB Seine Grands Lacs (France) et le Centre international des hautes études agronomiques méditerranéennes (CIHEAM-IAMB, Bari, Italie).

[3] L’Unité mixte de recherche G-EAU à Montpellier avec principalement David Dorchies et l’unité de recherche HBAN à Antony avec Charles Perrin et Guillaume Thirel.

[4] Règles actuelles de gestion des réservoirs : entre le 1er novembre et le 1er juillet, on remplit les réservoirs selon une courbe prédéfinie ; entre le 1er juillet et le 1er novembre, on les vide. Des seuils de débit à ne pas dépasser dans la rivière au droit des lacs sont définis pour écrêter les crues.

[5] Il existe 4 seuils officiels d’étiages : seuil de vigilance (pas de restrictions, mais seuil à partir duquel on rencontre des problèmes avec la dilution des rejets des industries et stations d’épuration), seuil d’alerte, seuil d’alerte renforcée (interdiction d’arrosage pour l’irrigation, restriction eau potable,…) et seuil de crise (personne ne peut utiliser d’eau, excepté les centrales nucléaires,…).

[6] Tree Based Model Predictive Control (TB-MPC), développé en collaboration avec l'université technique de Delft (Pays-Bas) et l'école polytechnique de Milan (Italie).