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FUGE: Recul des glaciers – restera-t-il suffisamment d’eau pour la production d’énergie hydraulique?

 

Des méthodes plus perfectionnées ont permis d’étudier et de modéliser la fonte de 50 glaciers suisses. Les prévisions de débit jusqu’en 2100 sont notamment importantes pour les centrales électriques. Des mesures adaptatives pour l’exploitation des centrales hydroélectriques ont été développées en collaboration avec les entreprises du secteur.

Description du projet (projet de recherche terminé)

Les glaciers et le climat sont étroitement liés. Il est bien connu que les changements climatiques ont une forte incidence sur le régime d’écoulement des cours d’eau alpins. Les buts du projet étaient de fournir une évaluation des changements touchant les glaciers en Suisse et de prévoir l’évolution des glaciers jusqu’en 2100, et ses incidences sur la production hydroélectrique et la gestion des infrastructures.

Méthodes

Tout d’abord, nous avons développé un modèle de bilan de masse des glaciers et d’écoulement avec une représentation améliorée des processus des glaciers. De nouvelles méthodes de modélisation du bilan de masse des glaciers sur toute la zone ont été élaborées. Nous avons développé des méthodes pour la redistribution de la neige hivernale, qui est l’un des composants faibles des modèles existants. Sur la base de jeux de données LIDAR pour le Haut Glacier d’Arolla, répétés sur deux saisons d’hiver différentes, nous avons effectué une analyse fractale des propriétés d’échelle des champs de profondeur de neige. Des modèles de fonte des glaciers de différentes complexités ont été comparés afin de déterminer la meilleure approche pour les simulations à long terme. Sur cette base, l’évolution future des glaciers dans les Alpes suisses a été modélisée avec un modèle couplé de bilan de masse / dynamique des glaces. L’écoulement a été modélisé avec un modèle couplé de bilan de masse / écoulement. Afin d’améliorer la précision des conditions initiales de la répartition spatiale de l’épaisseur de la glace et de la topographie du fond, nous avons utilisé un système de radar (GPR) qui nous a permis de mesurer les profils d’épaisseur de la glace sur plusieurs glaciers.

Les résultats issus du modèle ont été utilisés pour l’analyse économique des changements liés au climat et à l’évaluation des glaciers. A cette fin, un modèle de gestion a été mis au point. Ce modèle reposait sur l’hypothèse de la maximisation des recettes. Il offre des revenus futurs relatifs aux scénarios attendus d’écoulement et de prix de l’électricité. Sur cette base, une analyse des investissements a été effectuée avec la valeur nette actuelle et l’analyse des options réelles. Outre l’analyse strictement socio-économique, une expérience de science politique a été réalisée. Celle-ci a permis d’évaluer l’impact des narratifs scientifiques sur les récits de causalité politiques et sur la réaction des parties prenantes aux nouveaux constats scientifiques.

Résultats

Les résultats de l’analyse fractale de nos archives LIDAR sur le Haut Glacier d’Arolla montrent que la répartition géographique de l’accumulation de la neige semble constante d’une année à l’autre, même si la profondeur de la neige était différente ces deux années-là. Dans notre recherche, il est apparu clairement que les modèles de bilan de masse de sophistication intermédiaire ont les meilleurs résultats sur le long terme et sont les plus précis pour la simulation à long terme. Les modèles de bilan énergétique et les modèles conceptuels à indices de température sont trop sensibles aux variations de température et donc moins précis. Les premiers ne peuvent bien fonctionner que si l’on dispose de données d’input de bonne qualité. Pour les derniers, une calibration approfondie est nécessaire. Le couplage d’un tel modèle de bilan de masse avec un modèle de flux glaciaire d’ordre élevé semble le plus approprié pour la modélisation à long terme des futurs changements des glaciers. Dans l’étude de cas du bassin de Mauvoisin, nous avons démontré l’importance d’une connaissance avancée de la géométrie du glacier et de la distribution spatiale du volume de glace pour une évolution précise du glacier et des projections d’écoulement.

Les résultats de l’étude économique montrent que l’impact des changements climatiques peut être atténué par une gestion fine des réservoirs. De plus, nous montrons que les incertitudes sont principalement liées au prix de l’électricité puisque celui-ci est plus variable que l’écoulement. Nous soulignons par ailleurs que la situation actuelle du marché ne justifie pas d’investir dans une installation d’accumulation par pompage à Mauvoisin. Les résultats de notre étude économique montrent que les changements attendus du climat en Suisse peuvent aboutir à un nouveau type de gestion des réservoirs d’ici quelques décennies. Enfin, nous avons examiné les tendances récentes et les changements du régime de concession de l’eau dans le canton du Valais sur la base des documents disponibles et d’une procédure participative.

Cette expérience a permis d’identifier trois types de stratégies et de débats qui ont trait à l’attribution de responsabilités, à la délimitation des incertitudes, et à la synchronisation des horizons temporels.

Importance pour la recherche et la pratique

Les changements du climat et des glaciers, la libéralisation du marché de l’électricité et la fin des concessions créent de nouveaux défis. Des résultats importants ont pu être fournis aux décideurs publics et privés aux niveaux national, cantonal et local. Ils sont indispensables pour définir des politiques et stratégies cohérentes de gestion de l’eau pour le moyen et le long termes. Les changements du climat et des glaciers vont considérablement affecter l’arrivée d’eau dans les réservoirs ainsi que la génération d’électricité et de revenus. De plus, depuis les années 1990, les marchés de l’électricité s’ouvrent à la concurrence. Dans une large mesure, la gestion des réservoirs d’eau va être davantage influencée par les fluctuations du prix de l’électricité que par les changements d’écoulement. En résumé, quatre enseignements sont soulignés:

  1. Les résultats relatifs aux modifications des glaciers et des écoulements sont plus optimistes que prévu. Cependant, les parties prenantes restent préoccupées par l’impact du recul des glaciers, non seulement sur la disponibilité de l’eau, mais aussi sur les sédiments et la gestion des risques, qui pourraient tous les deux impacter la production d’électricité et la protection de la population.
  2. Le recul des glaciers n’a pas seulement une incidence sur la production hydroélectrique. Le problème du recul des glaciers soulève la question majeure de la disponibilité de l’eau et du stockage pour toutes sortes d’usages. C’est pourquoi elle devrait être prise au sérieux et étudiée plus avant: agriculture, protection contre les crues et production de neige artificielle. Rappelons que l’eau est une ressource qui n’approvisionne jamais un seul type d’activité uniquement.
  3. Une meilleure connaissance des défis de la disponibilité de l’eau est un élément clé parce que cela permet de mieux planifier l’ordre de priorités futur des utilisations. Ce projet a contribué à cette connaissance, mais de plus amples recherches devraient être entreprises. Les ressources en eau devraient être considérées de manière intégrée au niveau cantonal ou national.
  4. L’hydroélectricité sera affectée par les changements climatiques. Cependant, l’écoulement n’est que légèrement influencé par les scénarios d’émission des gaz à effet de serre. La principale incertitude tient au prix de gros de l’électricité. C’est pourquoi l’incertitude des prix est une variable clé pour la politique énergétique. De nouvelles concessions hydrauliques devraient tenir compte de cet aspect et fournir une flexibilité suffisante pour les investisseurs potentiels.

Du point de vue scientifique, l’élément de modélisation physique du projet a généré un résultat essentiel: le type de modèle de réponse des glaciers et les hypothèses de modélisation dans la représentation des processus des glaciers peuvent avoir un impact considérable sur les projections futures du ruissellement des glaciers. Cela appelle des améliorations constantes de la science sous-tendant ces projections. Il semble tout aussi important que les contraintes physiques soient étroitement couplées à une analyse économique dans une approche interdisciplinaire.

Titre original

Evolution future des glaciers et conséquences pour l’hydrologie (FUGE)

Direction du projet

  • Prof. Dr. Martin Funk, Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW), ETH Zürich
  • Dr. Andreas Bauder, Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW), ETH Zürich
  • Prof. Dr. Paolo Burlando, Institut für Umweltingenieurwissenschaften, ETH Zürich
  • Dr. Martin Lüthi, Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW), ETH Zürich
  • Dr. Francesca Pellicciotti, Institut für Umweltingenieurwissenschaften, ETH Zürich
  • Dr. Franco Romerio, Institut des sciences de l’environnement, Université de Genève

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 Contact

Prof. Dr. Martin Funk Versuchsanstalt für Wasserbau, Hydrologie und Glaziologie (VAW)
ETH Zürich
Gloriastrasse 37/39 8092 Zürich +41 44 632 41 32 funk@vaw.baug.ethz.ch

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