mémoire - Centre National de Recherches Météorologiques

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Chapitre 2
Hydrologie continentale dans les modèles de climat
2.1. Bref historique
Commençons par décrire la place des surfaces continentales au sein du cycle hydrologique
global, puis par rappeler les principales étapes qui ont jalonné l’histoire de leur représentation dans les
modèles climatiques. Les premiers schémas de surface avaient pour vocation de fournir des conditions
aux limites de température et d’humidité aux modèles atmosphériques, afin de permettre une estimation
réaliste de la variabilité spatio-temporelle des flux d’eau et d’énergie à la surface des continents. Peu à
peu, les expériences numériques ont mis en évidence la sensibilité de l’atmosphère aux conditions aux
limites continentales, soulignant l’intérêt d’une représentation plus physique du sol et de la végétation
dans les modèles de circulation générale (MCG). Les schémas de surface se sont alors étoffés au point
de devenir eux-mêmes de véritables modèles qui, au même titre que les modèles océaniques, peuvent
être forcés par des analyses ou être couplés à des modèles atmosphériques. A l’intersection de
plusieurs disciplines, les modèles de surface continentale (MSC) décrivent des phénomènes d’autant
plus variés que l’échelle de temps considérée est importante et que l’évolution de l’atmosphère ne
relève plus seulement de son état initial, mais d’une véritable mise à l’équilibre avec les surfaces
continentales et océaniques. Leur évolution est ainsi marquée par le souci de décrire de manière
toujours plus explicite le fonctionnement des écosystèmes continentaux, qu’il s’agisse de processus
physiques, chimiques ou biologiques.
2.1.1. L’eau dans tous ses états
L’eau possède plusieurs propriétés chimiques exceptionnelles : trois états à des températures
relativement proches, des chaleurs latentes de changement de phase très élevées, ainsi qu’une forte
capacité calorifique. Ces propriétés lui confèrent un rôle climatique majeur, notamment en ce qui
concerne la stabilité de la température de la Terre (Douville et al. 2005).
L’océan global représente de loin le principal réservoir d’eau à la surface de la Terre et le
principal thermostat du système Terre. Bien que son rôle climatique ne soit pas au cœur de ce
mémoire, il sera évoqué au chapitre 4 afin de relativiser l’influence des surfaces continentales sur la
variabilité naturelle du climat et sur sa réponse aux forçages anthropiques. Les surfaces océaniques
représentent la principale source de vapeur d’eau pour l’atmosphère. L’évaporation y est en effet
globalement supérieure aux précipitations et le surplus d’eau est exporté au dessus des continents par
la circulation atmosphérique (Fig. 2.1). Les précipitations continentales alimentent différents réservoirs
d’eau douce. Concernant l’eau liquide, les principaux sont les lacs et les sols, loin devant les rivières.
Celles-ci, bien que ne représentant qu’une modeste fraction du volume total, font l’objet de
prélèvements croissants et les débits mesurés aux embouchures des fleuves ne représentent parfois
qu’une infime partie du ruissellement drainé sur le bassin versant. Une partie de la lame d’eau
continentale est par ailleurs drainée en profondeur vers les nappes phréatiques, où le temps de
résidence moyen peut être supérieur à 100 voire 1000 ans, d’où le vocable d’eaux « fossiles » parfois
employé pour désigner ces réservoirs dont le volume total demeure incertain.