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Le changement climatique affecte l'équilibre hydrique de notre planète : selon la région et la période de l'année, cela peut influencer la quantité d'eau dans les rivières, ce qui peut entraîner davantage d'inondations ou de sécheresses. Le débit des rivières est un indicateur important des ressources en eau disponibles pour les humains et l'environnement. La quantité d'eau disponible dépend également d'autres facteurs, tels que les interventions directes dans le cycle de l'eau ou les changements d'utilisation des terres : si, par exemple, l'eau est détournée pour l'irrigation ou régulée par des réservoirs, ou si des forêts sont défrichées et remplacées par des monocultures, cela peut avoir un impact sur le débit des rivières.
Cependant, la façon dont le débit des rivières a changé dans le monde entier au cours des dernières années n'a pas été étudiée jusqu'à présent à l'aide d'observations directes. De même, la question de savoir si les changements visibles au niveau mondial sont imputables au changement climatique ou à la gestion de l'eau et des terres n'avait pas été clarifiée.
Aujourd'hui, une équipe de recherche internationale dirigée par l'ETH Zurich est parvenue à déterminer l'influence de ces facteurs, après avoir analysé les données de 7 250 stations de mesure du monde entier. L'étude, qui a été publiée dans la célèbre revue scientifique Science, démontre que le débit des rivières a systématiquement changé entre 1971 et 2010. Des schémas complexes ont été révélés : certaines régions comme la Méditerranée et le nord-est du Brésil sont devenues plus sèches, tandis qu'ailleurs, le volume d'eau a augmenté, comme en Scandinavie.
La recherche des causes
«La véritable question concernait toutefois la cause de ce changement», explique Lukas Gudmundsson, auteur principal de l'étude et assistant senior dans le groupe dirigé par Sonia Seneviratne, professeure à l'Institut des sciences atmosphériques et climatiques de l'ETH Zurich.
Pour répondre à cette question, les chercheur·ses ont effectué plusieurs simulations informatiques, en utilisant des modèles hydrologiques mondiaux alimentés par des données climatiques observées sur la période étudiée (1971 à 2010). Les résultats des calculs des modèles correspondaient étroitement à l'analyse du débit observé des rivières. «Cela signifie que les conditions climatiques peuvent expliquer les tendances observées dans les volumes d'écoulement», explique Lukas Gudmundsson. Dans une deuxième procédure, les chercheur·ses ont inclus dans leurs simulations une gestion supplémentaire de l'eau et des terres afin d'étudier l'influence de ces facteurs. Cela n'a toutefois pas affecté le résultat. «Les changements dans la gestion de l'eau et des terres ne sont manifestement pas la cause des changements globaux dans les rivières», dit-il.
Bien que la gestion de l'eau et l'utilisation des terres puissent entraîner d'importantes fluctuations locales des volumes d'écoulement, l'étude ne portait pas sur ce point, ajoute Lukas Gudmundsson : «Pour nous, il ne s'agissait pas de tendances locales, mais de changements globaux qui deviennent visibles sur des périodes plus longues.» C'est pourquoi les chercheur·ses n'ont pas considéré les données des différentes stations de mesure de manière isolée, mais les ont rassemblées en de plus grandes régions sous-continentales pour l'analyse, permettant ainsi d'identifier l'influence du changement climatique.
L'impact des gaz à effet de serre
Les chercheur·ses ont pu prouver le rôle du changement climatique en utilisant la méthode de détection et d'attribution. Pour cela, il·les ont comparé les observations avec des simulations de modèles climatiques calculées une fois avec des gaz à effet de serre d'origine humaine et une fois sans. Dans le premier cas, la simulation correspondait aux données réelles, mais pas dans le second. «Cela suggère que les changements observés sont hautement improbables sans changement climatique», explique Lukas Gudmundsson.
L'étude est la première à utiliser des observations directes pour démontrer que le changement climatique a une influence globalement visible sur les rivières. «Cela n'a été possible que grâce à l'excellente collaboration entre les chercheur·ses et les institutions de 12 pays», souligne Lukas Gudmundsson. La collecte de données auprès des 7 250 stations de mesure du monde entier est également le fruit d'un effort commun : les chercheur·ses avaient rassemblé les données avec des partenaires australiens dans le cadre d'une étude précédente. Ces données représentent désormais le plus grand ensemble de données mondiales d'observation du débit des rivières disponible à ce jour. «Grâce à ces données, nous avons pu valider les modèles et démontrer qu'ils reflètent bien la réalité", explique Lukas Gudmundsson.
Cela signifie que les modèles peuvent également fournir des scénarios fiables sur la façon dont les rivières continueront à évoluer à l'avenir. Ces projections constituent une base importante pour la planification dans les régions concernées, afin de garantir l'approvisionnement en eau et de s'adapter au changement climatique.