Peut-on mesurer l’évolution du stock d’eau total sur les continents ?

Une fois encore, la France comme une bonne partie de l’Europe est touchée par une vague de sécheresse estivale, qui menace notamment les activités agricoles et la biodiversité. Les arrêtés préfectoraux limitant les usages de l’eau ont rapidement fleuri au cours de l’été afin d’anticiper les risques de pénurie et de dommages irrémédiables sur les écosystèmes aquatiques.

Pourtant, au cours de l’année hydrologique qui va se terminer bientôt, nous avons connu un hiver assez pluvieux sur une bonne partie de notre territoire métropolitain. A l’exception de quelques départements, la France a en effet été très généreusement arrosée, ce qui a favorisé une recharge des nappes phréatiques satisfaisante à très satisfaisante pour la plupart des grands systèmes aquifères français. Ainsi, comment se rendre compte, sur le long-terme et à grande échelle, si le stock d’eau total dont dispose la France évolue à la hausse ou à la baisse ? Quel est l’impact cumulé des sécheresses, ou des hivers pluvieux, sur les stocks année après année ? En somme, peut-on savoir si nous allons vers une situation où nous auront plus d’eau (éventuellement répartie différemment dans l’espace et le temps sous l’influence du changement climatique, par exemple) ou moins d’eau sur notre territoire ?

Il y a plusieurs façons de d’estimer l’évolution du stock global à grande échelle. La première technique est ancienne et classique puisqu’elle repose sur un bilan des flux entrants et sortants d’un hydrosystème : la différence résultante correspond à la variation de stock en son sein. Il faut donc bien mesurer les précipitations, retrancher correctement la partie qui retourne à l’atmosphère par transpiration des plantes et évaporation (et ça n’est pas une mince affaire…), et bien mesurer les débits sortants à l’exutoire des bassins. Cette méthode, bien que simple en théorie, a ses limites : la qualité des estimations dépend grandement de la couverture spatiale et temporelle des données disponibles, et ce qu’il se passe dans le domaine souterrain est souvent mal contraint.

Il existe depuis 2002 une méthode de mesure plus directe que la précédente, et qui lui est parfaitement complémentaire. Cette méthode repose sur… la gravité ! Et oui, l’eau, ça pèse son poids ! Plus il y a d’eau dans un bassin, plus celui-ci sera lourd, et plus le champ de pesanteur en son droit sera intense. Il se trouve que nous sommes aujourd’hui parfaitement capable de mesurer l’évolution du champ de pesanteur découlant de la redistribution des masses d’eau à large échelle, et cela, depuis l’espace ! En effet, une paire de satellites voguant l’un derrière l’autre au dessus de nos têtes permettent, entre autres choses assez délirantes, de détecter les changements de masse au droit de toutes les régions du monde, à raison d’une mesure par mois. Et qu’est-ce qui est en mesure d’engendrer des changements de masse significatifs à ces échelles de temps ? Le cycle de l’eau, pardi !

Les satellites gravimétriques de la mission GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) donnent donc accès à une mesure presque directe des variations de stock d’eau à l’échelle des plus grands bassins (voir aussi mon article sur l’hydrogéodésie). En revanche, il n’est pas possible de dire, avec cette méthode, combien d’eau est entrée et combien d’eau est sortie d’un système. De plus, elle intègre une mesure de l’eau stockée dans tous les compartiments (biosphère, sols, aquifères, lacs, glaciers, rivières…) indépendamment de sa répartition.

Alors que nous dit GRACE quant à la variation du stock d’eau totale sur les grands bassins versants français ? Regardons par exemple le cas de la Loire (20% du territoire métropolitain) et du Rhône (16,5%).

Chronique de la variation de masse intégrée sur le bassin versant de la Loire mesurée par les satellites de la mission GRACE entre Avril 2002 et Juin 2020 (en bleu), en équivalent lame d’eau. La courbe noire correspond à une moyenne glissante avec une fenêtre de 12 mois et la ligne rouge est la tendance linéaire obtenue par régression.
Chronique de la variation de masse intégrée sur le bassin versant du Rhône mesurée par les satellites de la mission GRACE entre Avril 2002 et Juin 2020 (en bleu), en équivalent lame d’eau. La courbe noire correspond à une moyenne glissante avec une fenêtre de 12 mois et la ligne rouge est la tendance linéaire obtenue par régression.

On y voit d’abord les oscillations périodiques annuelles due au cycle saisonnier classique, ainsi qu’une oscillation pluriannuelle basse fréquence (période ~6 ans) que j’attribuerais volontiers au cycle climatique naturel connu sous le nom d’oscillation nord-atlantique. En outre, les épisodes de sécheresse de 2003, 2018 et 2019 sont également bien visibles dans les chroniques GRACE, avec des pics négatifs particulièrement saillants.

A tout cela se superpose une tendance générale à la baisse du stock d’eau depuis 2002, de l’ordre de 3 mm par an en équivalent lame d’eau pour la Loire et le double pour le Rhône (même unité que pour la pluviométrie, ce qui est fort pratique pour comparer les ordres de grandeur). Cela aboutit à une perte nette d’environ 50 mm et 100 mm depuis 2002 pour la Loire et le Rhône, respectivement. En comparaison, il tombe 640 mm de précipitations à Orléans en une seule année, contre 830 mm à Lyon. En ordre de grandeur, la perte de stock d’eau sur la période de mesure GRACE disponible est inférieure à 1% des précipitations qui alimentent ces bassins. Est-ce pour autant dérisoire ?

Eh bien non, ça ne l’est pas, car on observe également que pour le Rhône, les 10 cm de perte de stock d’eau sur la période représentent au moins 50% de l’amplitude saisonnière. C’est typiquement dans la tranche de variabilité saisonnière que nous allons pouvoir puiser les ressources, tout autant que les écosystèmes. Il s’agit donc d’un déficit hydrique cumulé significatif et inquiétant.

Si vous êtes curieux, vous pouvez vous amuser à regarder les données gravimétriques disponible sur la totalité du globe grâce à l’application en ligne du Jet Propulsion Laboratory (NASA). Pour relativiser nos problèmes, allez voir ce qu’il se passe en Islande ou en Inde par exemple…

Bonne exploration !

2 commentaires sur « Peut-on mesurer l’évolution du stock d’eau total sur les continents ? »

  1. Bonjour Jonathan,
    article très intéressant, merci.

    Je suis surpris par un point, ou alors je n’ai pas bien compris. Il s’agit de l’ordre de grandeur de 1% de perte.
    Si la perte de stock est de ~ 100 mm sur le Rhone, comparativement à une pluviométrie de 830mm, cela ne donne pas 1%. Ou alors, il s’agit de comparer cette perte de stock avec la totalité de la pluviométrie de la période (2000 à 2020). Ce doit être cela.
    Si c’est bien cela, je trouve que cette comparaison n’est pas la plus parlante.

    Si l’on fait l’analyse à partir de la dernière année hydrologique (2018-2019), on pourrait dire que l’année hydrologique suivante (2019-2020) démarre avec un stock 100 mm inférieur à la « normale » (j’abuse en parlant de normale, avec des données de 2002 à 2020 seulement, mais on peut supposer sans trop se tromper que la « normale » avant 2000 devait être au moins 100 mm supérieure).
    Et dans ce cas, ces 100 mm sont énormes par rapport aux 830 mm attendus.

    En tout cas, je ne connaissais pas cet outil, et c’est très intéressant. Je vais pouvoir faire les mêmes analyses sur les bassins sur lesquels je continu un suivi, c’est super.

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    1. Bonjour Pierrick,
      Désolé de répondre tardivement.
      Tu as sans doute raison, la comparaison sur l’ensemble de la période n’est peut-être pas très parlante mais comme je mets en regard une perte totale sur la période (en se basant sur la tendance, de façon simple), je pense devoir également considérer l’ensemble des pluies moyennes tombées, pour avoir un ordre de grandeur.
      Quoiqu’il arrive, je crois que j’aurais dû mieux expliquer qu’il n’est pas toujours pertinent de comparer une variation de stock (GRACE) à un flux (pluviométrie).
      A bientôt !

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