Précipitations et cycle de l’eau

Aridification des zones sèches mais intensification des pluies, assèchement des mois secs mais mois pluvieux plus arrosés – les contrastes pluviométriques semblent s’accentuer, dans une atmosphère plus riche en vapeur d’eau.

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Evolution des précipitations

Evolution des précipitations Les précipitations, en moyenne annuelle globale, ne montrent pas de tendance claire dans leur évolution au fil du XXe siècle, contrairement aux températures. Une partie de l’explication à cela tient à la nature plus locale des précipitations. C’est par conséquent ...

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Précipitations et cycle de l’eau

Dans un contexte de changement climatique, l’évolution du cycle de l’eau est au moins aussi importante pour les activités humaines que celle des températures, et probablement davantage, notamment pour l’agriculture et les écosystèmes naturels. C’est pourquoi l’évolution passée et surtout à venir des ressources en eau mobilise particulièrement les scientifiques. Néanmoins, la plupart des paramètres du cycle de l’eau sont naturellement beaucoup plus variables à la fois dans l’espace et dans le temps que les températures. C’est pourquoi il n’est pas facile de détecter un éventuel changement.

Dans l’atmosphère, l’eau est essentiellement présente sous forme de vapeur dont on peut observer l’évolution depuis environ 4 décennies grâce à certains instruments satellitaires. Ces observations, effectuées au-dessus des océans où le signal est de meilleure qualité, révèlent un accroissement régulier de la vapeur d’eau, d’environ 1,2% par décennie, en accord avec la loi de Clausius-Clapeyron, connue depuis le XIXe siècle et selon laquelle une atmosphère plus chaude peut contenir plus de vapeur d’eau. On dit que le réchauffement global se fait grosso modo à humidité relative constante. La vapeur d’eau étant un gaz à effet de serre naturel, cette évolution accroît en retour la hausse des températures (rétroaction positive). Il faut noter que la rétroaction liée à la fraction condensée (liquide ou solide) de l’eau atmosphérique, à savoir les nuages, est en revanche beaucoup plus incertaine : les propriétés radiatives des nuages varient de manière complexe (par exemple en fonction de leur altitude ou de la taille des gouttes). De plus les séries observées (in situ ou spatiales) sont insuffisantes pour caractériser les tendances.

Concernant les précipitations, les données dont nous disposons sur les continents depuis le début du XXe siècle n’indiquent pas de tendance claire en moyenne globale mais suggèrent des évolutions contrastées en moyenne zonale. Une analyse géographique plus fine révèle également des changements régionaux : le bassin méditerranéen, l’Afrique méridionale et l’Asie du sud montrent une légère tendance à l’assèchement, tandis que le nord de l’Europe, de l’Asie et le sud de l’Amérique latine voient la moyenne de leurs précipitations augmenter, souvent de l’ordre d’une dizaine de % sur le XXe siècle. Par contre, on dénombre dès à présent une augmentation globale du nombre de jours sans pluie, qui s’accompagne d’un accroissement des pluies les plus intenses (voir rubrique « événements extrêmes »). On notera également que les mois secs (printemps/été) ont tendance à s’assécher davantage, tandis que les mois pluvieux (automne/hiver) évoluent en sens inverse. C’est donc une amplification des contrastes pluviométriques spatiaux et temporels qui d’ores et déjà se dessine au niveau planétaire.

 

Pour en savoir plus

Il peut paraître paradoxal que le changement climatique puisse globalement à la fois intensifier les pluies et aggraver les risques de sécheresse. Les plus soupçonneux pourraient voir dans cette analyse une illustration du catastrophisme que certains prêtent à la communauté scientifique. Pourtant, cette évolution qui commence à émerger des séries quotidiennes ou horaires de précipitations observées s’explique scientifiquement, et est d’ailleurs confirmée par les modèles climatiques, lorsqu’on les soumet à un accroissement de la concentration des gaz à effet de serre.

Le laboratoire numérique montre notamment qu’un premier effet radiatif instantané des gaz à effet de serre est de stabiliser l’atmosphère et donc de défavoriser les précipitations. A plus long-terme, l’accroissement de l’effet de serre contribue cependant à réchauffer les océans, donc à augmenter l’évaporation. Cependant, comme dans le même temps la capacité de l’atmosphère à stocker de la vapeur d’eau augmente (loi de Clausius-Clapeyron), les molécules d’eau tendent à circuler plus longtemps dans l’atmosphère avant de précipiter. Il y a donc en même temps un ralentissement et une amplification du cycle hydrologique global, compatible avec un accroissement simultané des risques de fortes pluies et de sécheresse (parfois dans une même région, notamment lorsque la moyenne annuelle des précipitations n’est guère modifiée).

Par ailleurs, le réchauffement global pourrait s’accompagner d’une modification de la circulation générale atmosphérique qui explique très largement la répartition géographique actuelle des ressources en eau. Sous les tropiques, la circulation de l’atmosphère s’organise notamment en grandes cellules (dites de Hadley et de Walker). Celles-ci sont constituées d’une branche ascendante, associée à un refroidissement qui s’accompagne de fortes précipitations, et d’une branche descendante dans laquelle la masse d’air se réchauffe et s’assèche. Ces cellules déterminent en grande partie la répartition zonale des précipitations et les asymétries est-ouest sous les tropiques. Or le réchauffement global pourrait notamment intensifier et/ou élargir la cellule de Hadley et ainsi contribuer à une aridification progressive des climats de type Méditerranéen, situés à la transition entre les tropiques et les moyennes latitudes.

Un autre aspect important, pour comprendre notamment le risque d’inondation, est l’évolution du ruissellement, c'est-à-dire de la part des précipitations qui ne s’infiltre pas dans les sols et gagne immédiatement ruisseaux et rivières. Le ruissellement – qui pour l’instant, au plan global, ne semble pas évoluer dans une direction claire – dépend de nombreux paramètres : intensités des précipitations, humidité du sol, relief, végétation et/ou pratiques agricoles. Ce dernier facteur commence tout juste à être pris en compte dans les modèles globaux, mais la variabilité spatiale de ces processus est telle que toute projection nécessite, encore plus que dans d’autres domaines, de mettre en œuvre des techniques dynamiques ou statistiques de descente d’échelles, permettant de décrire plus finement le relief et les propriétés des surfaces continentales. Notons toutefois que les séries les plus longues de débits fluviaux dont on dispose (lorsqu’elles ne sont pas trop directement influencées par l’homme) ne montrent pas une tendance uniforme, mais des évolutions contrastées au niveau régional, qui s’expliquent encore en grande partie par celle des précipitations, voire par l’amorce d’un retrait progressif du manteau neigeux et du permafrost dans les régions montagneuses ou des hautes latitudes.

Enfin, si l’on s’intéresse au devenir des ressources en eau, il faut, outre les précipitations, s’intéresser également à l’évolution éventuelle de l’évapo-transpiration (la somme de l’eau évacuée vers l’atmosphère par la transpiration des plantes et l’évaporation au niveau des sols). Bien que les observations directes de ce paramètre soient peu nombreuses, des travaux récents suggèrent une augmentation globale au cours des dernières décennies qui commencerait déjà à se « tasser » sous l’effet d’un assèchement des sols dans certaines régions. Cette augmentation est cohérente avec l’accroissement du rayonnement incident que l’on peut attendre d’un accroissement de l’effet de serre. Il se peut qu’en plus, dans certaines régions, la réduction des particules émises par les activités humaines (par exemple sous l’effet de législations anti-pollution) augmente la part du rayonnement solaire arrivant au sol. Ces tendances soulignent le risque de voir les sécheresses devenir plus fréquentes, plus longues et plus sévères, quand bien même la moyenne annuelle des précipitations resterait inchangée.

Référent scientifique

Hervé Douville,

Chercheur au CNRM-GAME (Centre National de Recherches Météorologiques - Groupe d’études de l’Atmosphère Météorologique)