Dynamiques du stockage en eau souterraine et du régime hydrologique des bassins versants Alpins face aux changements climatiques

Arnoux, A.; Hunkeler, D.; Cochand, F.; Brunner, P.; Schaefli, B. (2020). Dynamiques du stockage en eau souterraine et du régime hydrologique des bassins versants Alpins face aux changements climatiques Bern: FOEN, Swiss Federal Office for the Environment (BAFU)

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Le changement climatique aura un impact particulièrement fort sur le bilan hydrique des
régions alpines. L'augmentation de la température entraîne un recul des glaciers, la proportion
des précipitations qui tombent en forme de neige diminue, et la fonte des neiges se produit
plus tôt dans l'année. Ces changements peuvent entraîner une diminution des débits des cours
d’eau en été et en automne et éventuellement des pénuries d'eau régionales. La façon dont
le régime hydrologique des bassins versants alpins changent dépend de la quantité d'eau de
fonte et de précipitation qui est temporairement stockée sous forme d'eau souterraine. Dans
une certaine mesure, le stockage souterrain de l'eau pourrait compenser la diminution du
stockage sous forme de neige et de glace. Cependant, on en sait relativement peu à ce jour
sur le fonctionnement hydrogéologique des zones alpines.
Le projet poursuivait deux objectifs. D'une part, nous avons étudié la relation entre les
caractéristiques géologiques des bassins, le stockage des eaux souterraines et l’écoulement
de surface dans les conditions actuelles. D'autre part, nous avons étudié comment le
changement climatique pourrait affecter la dynamique des eaux souterraines et des cours
d'eau, en mettant l'accent sur les périodes d’étiages estivales. En particulier, nous avons
cherché à savoir si les bassins versants comportant des réservoirs d'eaux souterraines plus
importants vont subir moins de changement de leur régime hydrologique. Les recherches se
sont concentrées sur les petits bassins versants des hautes Alpes dont le bilan hydrique est
dominé par la neige et pour lesquels on dispose principalement de données pluriannuelles
pour les cours d’eau.
Les recherches sur l'influence de la géologie ont montré que les débits d’étiages augmentent
avec l'augmentation de la surface des sédiments non consolidés et sont également influencés
dans une moindre mesure par les roches solides à plus forte perméabilité. De vastes dépôts
de roche meuble favorisent probablement l'infiltration. Ils peuvent stocker des quantités
importantes d'eau et compenser partiellement les déficits saisonniers. Le stockage saisonnier
des eaux souterraines dans de tels formations géologiques a été confirmé par des mesures
gravimétriques et isotopiques dans un bassin versant de recherche.
Nous avons étudié l'effet du changement climatique sur la dynamique des eaux souterraines
et les débits des cours d’eau en couplant les modèles climatiques et les modèles
hydro(géo)logiques. Pour un bassin de recherche, un modèle a été utilisé qui simule de
manière couplée les processus des eaux souterraines et des eaux de surface. Pour les autres
bassins versants, un modèle hydrologique conceptuel a été utilisé. Les simulations ont montré
qu'en raison de la fonte des neiges plus précoce, la quantité d'eau souterraine stockée et le
les débits des cours d’eaux auront tendance à être plus faibles à la fin de l'été/début de
l'automne. Toutefois, la diminution relative du volume des eaux souterraines est bien moindre
que pour les débits des cours d’eaux. Dans un avenir lointain, le débit des cours d’eaux
minimal se déplacera de l'hiver vers les mois d'été. Toutefois, le débit minimal futur en
été/automne reste supérieur au minimum actuel en hiver. En outre, les bassins versants
présentant des formations géologiques étendues avec une bonne capacité de stockage de
l'eau présentent un débit minimal plus élevé. Cela illustre les effets d'équilibrage des processus
liés aux eaux souterraines.
Le projet montre que les processus hydrogéologiques jouent un rôle important dans la
régulation du bilan hydrique des bassins versants alpins, en particulier dans le contexte du
changement climatique. En fonction des conditions géologiques, il est possible d'estimer
comment les bassins versants pourraient réagir à une fonte des neiges plus précoce et à des
périodes de sécheresse estivales. Les débits d’étiages actuels en hiver fournissent également
des informations importantes sur l’importance réservoirs d'eaux souterraines dans un bassin
versant et leur capabilité de stocker et libérer de l’eau sur une échelle de temps de plusieurs
mois. À ce jour, cependant, il n'existe que quelques sites de surveillance dans la région alpine
où la dynamique des réservoirs d'eaux souterraines peut être observée directement, ce qui a
entraîné des incertitudes dans le projet actuel. En outre, les données sur les précipitations
dans la région alpine présentent également de grandes incertitudes. Compte tenu des grands
changements attendus, la base de données pour les zones alpines devrait être améliorée.

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