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Impacts du changement climatique sur le cycle hydrologique continental en Europe: mécanismes, incertitudes, diversité des outils et cohérence des messages ?

SDU2E (Sciences de l’Univers, de l’Environnement et de l’Espace) – [Subject to defense authorization]

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Des perturbations du cycle hydrologique continental sont attendues avec le changement climatique, qui pourraient grandement accentuer les disparités spatiales en matière de disponibilité des ressources en eau. En Europe notamment, il est attendu que les contrastes existant entre régions sèches et régions humides s’amplifient.
Les projections hydrologiques peuvent être réalisées en forçant des modèles climatiques globaux par des scénarios d’évolution des forçages anthropiques et sont soumises à plusieurs sources d’incertitudes. Une de ces sources est liée aux limitations des connaissances scientifiques et aux imperfections des modèles. Une autre est liée à la variabilité interne du climat, qui peut être importante même à des échelles multi-décennales.
Les projections peuvent également être réalisées en utilisant des modèles hydrologiques qui représentent plus finement l’hydrologie continentale que les modèles climatiques globaux. Ces modèles sont forcés par des données climatiques désagrégées et débiaisées. Ces étapes de descente d’échelle et de correction introduisent des incertitudes supplémentaires par rapport aux incertitudes de modélisation climatique et de variabilité interne. L’objectif de cette thèse est d’élargir nos connaissances sur les incertitudes et les mécanismes associés à l’évolution future du cycle hydrologique en Europe et en France. Les résultats obtenus sont basés sur des projections issues de modèles climatiques forcés par le scénario d’émission le plus sévère. Des projections issues de grands ensembles de simulations issues d’un même
modèle différant uniquement par leurs conditions initiales sont également analysées pour quantifier l’incertitude de variabilité interne. Enfin, les changements du cycle hydrologique sur la France projetés par différents outils de modélisation en réponse au scénario d’émission le plus sévère et à différents niveaux de réchauffement global sont comparés. Je montre que les changements de circulation atmosphérique et l’effet physiologique du CO2 expliquent en partie les divergences entre les projections hydrologiques des modèles climatiques globaux sur l’Europe. Sur les prochaines décennies, la variabilité interne décennale constitue une source d’incertitude importante voire prédominante selon les régions d’Europe. L’évaluation de la variabilité multi-décennale des modèles suggère que cette incertitude pourrait d’ailleurs être sous-estimée sur la région Méditerranéenne. La variabilité multi-décennale des projections de ruissellement prend origine de la variabilité multi-décennale des précipitations, elle-même pilotée par la variabilité multi-décennale de la circulation atmosphérique sur l’Atlantique nord et l’Europe. Enfin, pour le cas particulier de la France, la majorité des modèles des différents outils projettent une diminution en été des précipitations sur les quatre bassins versants étudiés (la Seine, la Loire, le Rhône et la Garonne) et une augmentation en hiver sur tous les bassins sauf celui de la Garonne. Ce dernier se distingue également par une diminution robuste des précipitations, débits et du ruissellement en moyenne annuelle. Pour le reste, les changements hydrologiques demeurent incertains en raison des incertitudes liée à la modélisation climatique et à la variabilité interne et des différences entre outils. Ces différences s’expliquent à la fois par une altération du signal du changement climatique induite par les méthodes de correction de biais et de désagrégation, par l’absence de prise en compte de l’effet physiologique du CO2
dans la plupart des modèles régionaux et hydrologiques et par le choix du modèle hydrologique, particulièrement important sur les projections de débit en été.

Jury

Agnès Ducharne	CNRS UMR METIS	Rapporteuse
Sophie Bastin	CNRS LATMOS	Rapporteuse
Florence Habets	CNRS ENS-PSL	Examinatrice
Lionel Jarlan	IRD CESBIO	Examinateur
Jeanne Colin	Météo-France CNRM	Examinatrice
Julien Boé	CNRS UMR CECI	Directeur de thèse