Que va devenir la température de l’eau des rivières avec le changement climatique? développement d’une modélisation couplée hydrologie-thermie à l’échelle nationale

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CONTEXTE
Les effets du réchauffement climatique sont aujourd’hui visibles et mesurables dans les rivières françaises, dont les températures augmentent de manière continue. Ce réchauffement, amplifié par les pressions humaines (refroidissement des centrales thermiques, prélèvements...), bouleverse les équilibres écologiques : réduction des habitats aquatiques viables, stress thermique pour les poissons, perte de biodiversité, altération de la qualité de l’eau. Elle affecte aussi des usages cruciaux, comme la production
d’électricité ou d’eau potable.

Dans ce contexte, il est important de comprendre où, quand et dans quelles conditions ces changements vont s’intensifier, et comment y faire face. C’est à cette problématique que s’attaque le projet national ThermieFrance, en mobilisant un large consortium interdisciplinaire (hydrologie, écologie, sciences sociales, climatologie). Son ambition : mieux comprendre les régimes thermiques des rivières et leur évolution future, pour orienter les stratégies d’adaptation économique, écologique et territoriale.

Parmi les processus clés influençant la température des cours d’eau figurent les échanges entre les eaux souterraines et superficielles : en apportant de l’eau plus fraîche en été ou plus chaude en hiver, les nappes peuvent atténuer les extrêmes thermiques et jouer un rôle tampon vital pour les écosystèmes. Or, ces interactions restent encore mal représentées dans les modèles hydrologiques actuels à l’échelle nationale, ce qui limite leur capacité à produire des scénarios fiables sur l’ensemble du territoire français. La thèse visera à mieux prendre en compte ces interactions clés et ainsi améliorer notre capacité à simuler la température des rivières et proposer des leviers pour renforcer la résilience de nos hydrosystèmes.


PROBLEMATIQUE DE LA THESE
Dans ce contexte, la thèse proposée portera sur le développement et l’évaluation d’un couplage entre le modèle hydrologique GRSD et le modèle de température des rivières T-NET, dans le but de mieux représenter les dynamiques thermiques, notamment celles influencées par les échanges nappes-rivières. L’un des défis majeurs consistera à utiliser la température de l’eau comme traceur indirect des flux souterrains, afin d’en améliorer la caractérisation spatiale et temporelle.

Ce modèle couplé devra être capable de représenter de manière parcimonieuse les régimes thermiques à l’échelle nationale, tout en capturant la variabilité locale associée à la géomorphologie, aux types de nappes et aux usages anthropiques. L’approche retenue permettra de produire des simulations de température exploitables à la fois pour l’analyse des refuges thermiques, la biodiversité aquatique et l’évaluation de mesures d’adaptation dans un contexte de canicules récurrentes et étiages sévères.

OBJECTIFS
La thèse s’articulera autour de trois grands objectifs :

1) Développer un couplage opérationnel entre GRSD et T-NET

a. Mettre en œuvre le modèle couplé sur des bassins pilotes (Loire, Seine).

b. Intégrer des signatures hydrologiques et thermiques pour contraindre les apports souterrains, notamment en utilisant la température comme traceur pour caractériser les échanges nappes-rivières.

c. Comparer les performances avec d’autres configurations (e.g. T-NET/EROS, CaWaQS).

2) Analyser des simulations de températures pendant les périodes de canicules et étiages sévères :

a. Quantifier le réchauffement additionnel lié à la diminution des débits.

b. Identifier les secteurs influencés par les eaux souterraines.

c. Evaluer l’impact de ces échanges sur le régime thermique.

3) Produire des projections climatiques à l’échelle nationale :

a. Simuler des scénarios futurs de température et de débit en utilisant des forçages climatiques.

b. Fournir des indicateurs spatialisés pour évaluer la vulnérabilité thermique des rivières.

c. Contribuer à des études intégrées sur les habitats thermiques et les mesures d’adaptation.

METHODOLOGIE

Le travail s’appuiera sur deux briques de modélisation existantes :
o GRSD, un modèle hydrologique semi-distribué, opérationnel pour simuler les débits à l’échelle nationale, développé par INRAE Antony.
o T-NET, un modèle physique de température des rivières, développé par INRAE RiverLy et déployé sur la Loire et d'autres bassins.

La première étape consistera à coupler les deux modèles et à tester leur fonctionnement conjoint sur des bassins pilotes bien instrumentés (Loire, Seine). Le ou la doctorante mettra en place des approches de calibration multi-objectifs, intégrant des descripteurs morphologiques, hydrogéologiques et climatiques pour contraindre les échanges nappes-rivières.

Dans un second temps, le modèle sera utilisé pour produire des simulations historiques et futures (–) de température et de débit sur un ensemble de points d’intérêt nationaux et de façon cartographique sur le réseau hydrographique. Une analyse de ces simulations sera réalisée à travers plusieurs analyses de sensibilité pour des canicules et étiages sévères identifiés.

Starting date

-10-01

Funding category

Other public funding

Funding further details

Convention MTE