Les syst`emes lacustres sont des syst`emes complexes non-lin´eaires et ne peuvent ˆetre abord´es qu’avec des mod`eles comme celui d´evelopp´e durant ma th`ese. Je propose d’appliquer ce mod`ele `a d’autres lacs et, en particulier dans des contextes climatiques et hydrologiques dif- f´erents de ceux abord´es ici, dans l’optique d’am´eliorer la fiabilit´e des simulations en r´eponse `a des changements climatiques.
Le MoHydIsoLac, d´evelopp´e durant cette th`eses financ´ee par l’ANDRA, est prˆet pour l’am´elioration de la construction du log temp´erature `a tr`es haute d´efinition couvrant les der- niers 15.000 ans. Ce log est en cours d’extraction au LSCE (travaux de von Grafenstein financ ´es par l’ANDRA) `a partir du δCC de coquilles d’ostracodes benthiques provenant des s´ediments du lac d’Annecy.
Par le biais de m´ethodes d’inversion, le mod`ele d´evelopp´e durant ma th`ese devrait per- mettre de tester les conditions climatiques compatibles avec les enregistrements isotopiques d’´ev`enements particuliers `a partir des ostracodes benthiques comme la p´eriode froide `a 8200 ans BP. Ceci n´ecessiterait de faire des hypoth`eses sur le contexte hydrologique du bassin versant pouvant ˆetre contraintes par les informations provenant d’autres archives comme, par exemple, les pollens pour une estimation de la couverture v´eg´etale.
A l’interface entre le climat et l’hydrologie, le mod`ele d´evelopp´e durant cette ´etude est un outil dont les applications ne se limitent pas seulement `a l’´etude des ostracodes benthiques pr´eserv´es dans les s´ediments lacustres. Le mod`ele hydrologique de bassin versant pourrait ´egalement s’appliquer `a la r´egionalisation hydrologique de l’impact des changements clima- tiques futurs pr´edits par les mod`eles de climat `a grande ´echelle.
Les syst`emes lacustres sont des composantes importantes de l’´economie d’une r´egion `a travers la pˆeche, le tourisme et les ressources en eau potable. Si le changement climatique r ´ecent `a d´ej`a des cons´equences observ´ees sur les ´ecosyst`emes lacustres, les changements climatiques futurs pr´edits par les mod`eles de climat `a grande ´echelle peuvent modifier consid´erablement la qualit´e des eaux des lacs (senature). Je propose d’appliquer le MoTempLac `a diff´erents lacs afin d’en ´etudier la r´eponse particuli`ere. De plus, par des ´etudes de sensibilit´e, `a la transparence en particulier, pourrait permettre d’orienter les choix politiques de gestion de l’environnement des lacs pour pr´evenir des modifications dramatiques et irr´eversibles.
Annexe A
Bilan ´energ´etique `a la surface d’un lac
Les diff´erents termes du bilan ´energ´etique `a la surface d’un lac se divisent en deux cat´egories : les termes radiatifs et les termes non-radiatifs dans l’´egalit´e suivante :
ΦN = (1 − Alac).Rg + IRa− IRl− (Φs+ Φl) (A.1)
o`uRg est le rayonnement solaire incident, IRaest le rayonnement atmosph´erique infra-rouge etIRlest le rayonnement infra-rouge de la surface du lac. Les termesΦsetΦl sont les flux de chaleur sensible et latente ´echang´es entre la surface d’eau libre et l’atmosph`ere.
A.1
Estimation du flux solaire
Le mod`ele utilise la formulation de Prescott [1940], dans Henderson-Sellers [1986] pour l’esti- mation de ce rayonnement :
Φs= Φ∞[a + b (1 − CC)] (A.2)
o`u Φ∞ est le flux solaire incident journalier au sommet de l’atmosph`ere, calcul´e d’apr`es les donn´ees astronomiques (W.m2), CC est la couverture nuageuse (en dixi`eme), et a et b sont des constantes (voir ci-dessous). D’apr`es Henderson-Sellers [1986], cette formulation ´etait d´evelopp´ee pour des ´echelles de temps mensuelles mais maintenant est utilis´ee pour des esti- mations sur des p´eriodes de temps inf´erieures au jour.
Φ∞ = 433, 7477 ¯d2 (H sinφ sinδ + cosφ cosδ sinH) (A.3)
o`uφ est la latitude, ¯d est le rapport `a la moyenne de la distance terre-soleil instantan´ee, δ est la
d´eclinaison etH et la dur´ee angulaire maximale du demi-jour. Ces trois derniers param`etres se
calculent selon : ¯ d = {1 − 0, 01673 cos(2πJ/365)}−1 (A.4) δ = 0, 4093 sin(2π[J − 79, 75]/365) (A.5) 137
cos H = −tanφ tanδ (A.6)
o`uJ est le jour de l’ann´ee. La couverture nuageuse est estim´ee `a partir de la dur´ee d’insolation
observ´ee (dinso en secondes) et de la dur´ee maximale du jour [Henderson-Sellers, 1986] :
CC = 1 − dinso 2(H43200
π )
(A.7)
o`u 43200 est le nombre de secondes en 12 heures (≡ π radians). Lorsque la couverture nua-
geuse est nulle, Φs/Φ∞ ´egale la valeur de la transmissivit´e de l’atmosph`ere en ciel clair. Par cons´equence,a + b ' 0, 70 − 0, 80. Glover et McCulloch [1985] sugg`erent une d´ependance de a avec la latitude : a = 0, 29 cos φ.
Lac d’Annecy
Aucune observation du flux solaire incident `a la surface du sol (ou du lac) n’est disponible `a la station m´et´eorologique de Meythet (la plus proche du lac). Pour la validation du mod `ele et le calage des param`etresa et b, nous disposons de donn´ees de rayonnement journalier `a la
station de Bellegarde-sur-Valserine (M´et´eo France) depuis l’ann´ee 1995 ainsi que les donn´ees journali`ere de l’humidit´e relative moyenne. Nous ne disposons pas d’observations de la dur ´ee d’insolation `a cette station. Pour estimer la couverture nuageuse `a cette station, nous avons uti- lis´e la relation observ´ee entre la couverture nuageuse moyenne mensuelle et l’humidit´e relative moyenne mensuelle `a la station de Meythet (M´et´eo France) pour les ann´ees 1993 `a 1999 :
CC = 0, 018 × HR− 0, 8 [R2 = 0, 81 et N = 72] (A.8)
Le tableau A.1 r´esume les ´ecarts entre observations et simulations du rayonnement solaire en fonction deb et d’une correction de la couverture nuageuse (δCC). Malgr´e les incertitudes
sur la couverture nuageuse, les simulations sont en accord avec les observations `a la station de Bellegarde-sur-Valserine. Ces r´esultats permettent de pr´eciser les valeurs probables de la transmissivit´e de l’atmosph`ere en ciel clair dans la r´egion de Bellegarde-sur-Valserine : a + b ' 0, 69 − 0, 77.
La figure A.1 pr´esente des r´esultats de l’estimation du flux solaire sans correction de la cou- verture nuageuse (δCC = 1) et avec une constante b moyenne et ´egale `a 0, 525. Les simulations
sont en bon accord avec les observations malgr´e les incertitudes sur la couverture nuageuse. Ammersee
Aucune donn´ee sur le rayonnement solaire n’est disponible aux trois stations proches de Ammersee. J’ai donc utilis´e les mˆemes valeurs que pour le lac d’Annecy.
δCC = 0, 90 δCC = 0, 95 δCC = 1, 00 δCC = 1, 05 δCC = 0, 10
b p b p b p b p b p
0,487 0,9985 0,500 0,9930 0,520 0,9951 0,540 0,9952 0,565 0,9989 0,488 0,9997 0,505 0,9993 0,525 1,0008 0,545 1,0007 0,566 0,9999 0,489 1,0009 0,510 1,0052 0,530 1,0065 0,550 1,0062 0,567 1,0010
Tableau A.1: δCC est un terme correctif appliqu´e `a la couverture nuageuse estim´ee `a partir de
la relation observ´ee `a Meythet (´equation A.8), b est tir´ee de l’´equation A.2 o`u a est calcul´ee
en fonction de la latitude de la station m´et´eo de Bellegarde-sur-Valserine (M´et´eo France) :
a = 0, 201, p repr´esente la pente dans la relation Φobservations
s = p × Φsimulationss . Tous les coefficients de corr´elation sont ´egaux `a0, 96.
0 50 100 150 200 250 300 0 50 100 150 200 250 300 01/01/98 01/04 01/07 01/10 01/01/99 −0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 01/01/980 01/04 01/07 01/10 01/01/99 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Y=0,97 * X + 6,20
A
B
C
C = 0.018 * Hr − 0.8 [R2 = 0.81, N=72]D
[R2=0.98, N=67] cloud cover earth−sun distance half day angular length solar declination solar radiation at the top of the atmosphere incoming global short−wave radiation observation simulation (W/m2) Hr (%) Obsercvation (W/m2) Simulation (W/m2) Cloud coverFigure A.1: Rayonnement solaire incident `a la station de Bellegarde-sur-Valserine : observa- tions (M´et´eo France) et simulations (annexe A.1). A : Comparaison des flux solaires mensuels observ´es et simul´es pendant les ann´ees 1995 `a 2000 B : Relation empirique entre la couverture nuageuse mensuelle et l’humidit´e relative mensuelle de l’air observ´ee `a la station de Meythet (M´et´eo France). C : Valeurs caract´eristiques des diff´erents param`etres calcul´ees pour l’ann´ee 1998. D : Valeurs calcul´ees du flux solaire au sommet de l’atmosph`ere et valeurs observ´ees et calcul´ees du flux solaire incident `a la surface du sol pour l’ann´ee 1998.