Modélisation de l'hydrologie continentale et influences de l'irrigation sur le cycle de l'eau

La ressource en eau et son exploitation furent a la base du fondement des grandes civilisations humaines et restent vitales dans le fonctionnement de nos societes actuelles. L'evolution consequente de la croissance demographique sur Terre et la concentration geographique de la demande en nourriture par les populations posent de nombreuses questions quant a la perennite de l'eau douce prelevee pour l'agriculture. En effet, celle-ci est en moyenne globale la premiere consommatrice en eau devant les prelevements industriels et municipaux. De plus, dans un contexte de changement climatique, les interrogations sont nombreuses face aux devenirs des precipitations continentales qui sont cruciales pour l'agriculture, d'autant plus dans certaines regions deja tres exposees a la secheresse. Aussi l'irrigation tente-t-elle justement de pallier le deficit hydrique des cultures en periode seche mais implique en contre-partie des prelevements en eau non negligeables dans les fleuves ou les nappes. Il est donc legitime de se poser la question: en quoi l'irrigation peut-elle avoir un impact sur les bilans d'eau continentaux? L'irrigation represente-elle un element perturbateur, inhibiteur ou favorisant dans le cycle de l'eau? Quels peuvent etre les effets de cette action anthropique sur le climat notamment au niveau des grands poles d'irrigation que sont le bassin du Mississippi, l'Inde ou encore la Chine? La modelisation climatique nous a permis d'apporter quelques elements de reponse quant a l'effet de l'irrigation sur les bilans d'eau. Tout d'abord nous avons teste la capacite du modele de surface SECHIBA a simuler les deux composantes majeures du cycle de l'eau susceptibles d'etre impactees par l'irrigation: l'humidite des sols et le debit des rivieres. Pour cela, nous avons utilise un jeu de donnees atmospheriques a haute resolution sur les Etats-Unis pour forcer notre modele. Une etude de sensibilite des parametres de vegetation du modele sur l'humidite des sols a notamment permis de montrer l'effet majeur de l'extraction de l'eau par les racines simulee par SECHIBA. De plus, la comparaison avec des observations de terrain en Illinois a montre la bonne representation des variations saisonnieres de l'humidite des sols sur trois ans. La seconde etude a porte en detail sur le fonctionnement du module de routage de l'eau via les fleuves vers l'ocean dans le modele SECHIBA. Nous avons montre la necessite du changement du pas de temps de routage lorsque l'on force le modele a haute resolution sur le bassin du Mississippi et sur ses sous-bassins. Enfin, un calcul realiste de la demande en irrigation simulee par SECHIBA a ete mis en œuvre et teste. Le couplage du modele de surface avec le GCM LMDZ a permis la prise en compte des retroactions s'effectuant entre la surface continentale et l'atmosphere. Les differences des resultats obtenus entre une simulation prenant en compte l'irrigation et une simulation sans ce prelevement ont revele un effet de l'irrigation principalement sur l'evaporation et les pluies en Inde et sur le bassin du Mississippi. L'impact de l'irrigation sur le bilan d'eau peut etre different selon les regions du globe. L'irrigation contribue significativement a l'augmentation des precipitations sur la region seche de ce bassin alors que la region humide ne presente pas de variations dans le bilan d'eau. En revanche, les resultats sur l'Inde indiquent que l'irrigation affaiblit significativement le declenchement de la mousson via la reduction du gradient thermique terre-mer conduisant a moins de pluies en ete.