Glaciers, rivières et réchauffement climatique

Le GIEC vient de publier un rapport spécial sur les océans et les glaces (cryosphère) en situation de changement climatique. Dans les régions montagneuses, la quantité mais aussi la qualité de l'eau vont changer au cours de ce siècle. Quelques extraits du rapport à ce sujet.

Comment la diminution des glaciers affecte-t-elle la rivière à l'aval?

"La fonte des glaciers peut affecter l'écoulement des rivières et, partant, les ressources en eau douce à la disposition des communautés humaines, cela non seulement à proximité des glaciers mais également loin des zones de montagne. Alors que les glaciers se contractent sous l'effet d'un climat plus chaud, les eaux stockées à long terme sont libérées. Au début, le ruissellement des glaciers augmente parce que le glacier fond plus rapidement et que de plus en plus d'eau coule du glacier. Cependant, après plusieurs années ou décennies, on assistera souvent à un tournant, après quoi le ruissellement des glaciers et, partant, sa contribution au débit de la rivière en aval diminueront. Le ruissellement maximal des glaciers peut dépasser le ruissellement annuel initial de 50% ou plus. Cet excès d'eau peut être utilisé de différentes manières, par exemple pour l'hydroélectricité ou l'irrigation. Après le point de retournement, cette eau supplémentaire diminue progressivement à mesure que le glacier continue à se rétrécir et finit par s'arrêter lorsque le glacier a disparu ou s'est rétracté à des altitudes plus élevées où il fait encore suffisamment froid pour que le glacier puisse perdurer. En conséquence, les communautés en aval perdent cette précieuse source d’eau supplémentaire. Les quantités totales de ruissellement dépendront alors principalement des précipitations, de la fonte des neiges, des eaux souterraines et de l’évaporation.

En outre, le déclin des glaciers peut modifier le calendrier où la plus grande quantité d’eau est disponible dans les rivières qui collectent leur eau. Aux latitudes moyennes ou élevées, le ruissellement des glaciers est plus important en été, lorsque la glace continue de fondre après la disparition de la neige en hiver, et maximal en journée lorsque la température de l'air et le rayonnement solaire sont au plus haut niveau. Quand le pic d’eau se produit, des taux de fonte des glaciers plus intenses augmentent également considérablement les maxima de ruissellement quotidien. Dans les régions tropicales, telles que certaines parties des Andes, les variations saisonnières de la température de l'air sont faibles et l'alternance des saisons sèche et humide est le principal contrôle de la quantité et du moment du ruissellement des glaciers tout au long de l'année.

Les effets des glaciers sur l'écoulement des rivières plus en aval dépendent de la distance qui les sépare du glacier. Près des glaciers (par exemple, dans un rayon de plusieurs kilomètres), les augmentations initiales du ruissellement annuel des glaciers jusqu’au point d’eau suivi de diminutions peuvent affecter considérablement l’approvisionnement en eau, et des pics plus importants du ruissellement quotidien des glaciers peuvent provoquer des inondations. Plus loin des glaciers, l’impact de la contraction des glaciers sur l'écoulement total des rivières tend à devenir faible ou négligeable. Cependant, l'eau de fonte des glaciers dans les montagnes peut être une source importante d'eau pendant les années chaudes et sèches, ou les saisons pendant lesquelles le débit des rivières serait autrement faible, réduisant ainsi la variabilité du débit total des rivières d'une année à l'autre, même à des centaines de kilomètres des glaciers. D'autres composantes du cycle de l'eau, telles que les précipitations, l'évaporation, les eaux souterraines et la fonte des neiges peuvent compenser ou renforcer les effets des changements dans le ruissellement des glaciers à mesure que le climat change.

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Légende : Aperçu simplifié des changements dans les eaux de ruissellement d'un bassin hydrographique avec une couverture de glacier importante (> 50%, par exemple) lorsque les glaciers se rétrécissent, montrant les quantités relatives d'eau de différentes sources - glaciers, neige (en dehors du glacier), pluie et nappe phréatique. Trois échelles de temps différentes sont présentées: le ruissellement annuel de l’ensemble du bassin (panneau supérieur); variations du ruissellement sur un an (panneau du milieu) et variations pendant une journée d'été ensoleillée puis pluvieuse (panneau du bas). Notez que les variations saisonnières et quotidiennes du ruissellement sont différentes avant, pendant et après le débit de pointe. Le budget de masse annuel négatif initial du glacier devient de plus en plus négatif avec le temps, jusqu’à ce que le glacier ait finalement fondu. Il s'agit d'une figure simplifiée, de sorte que le pergélisol n'est pas spécifiquement abordé et que la répartition exacte entre les différentes sources d'eau variera d'un bassin hydrographique à l'autre. Extrait de GEC 2019, rap. cit.

La qualité d'eau
Le déclin des glaciers peut influer sur la qualité de l'eau en accélérant la libération de polluants anthropiques stockés, avec des répercussions sur les services écosystémiques en aval. Ces polluants traditionnels comprennent notamment les polluants organiques persistants (POP), en particulier les biphényles polychlorés (BPC) et le dichlorodiphényltrichloroéthane (DDT), les hydrocarbures aromatiques polycycliques et les métaux lourds (Hodson, 2014), ils sont aussi associés au dépôt et à la libération de noir de carbone. Il existe des preuves limitées que certains de ces polluants trouvés dans les eaux de surface de la plaine du Gange pendant la saison sèche proviennent des glaciers de l'Himalaya (Sharma et al., 2015) et des glaciers des Alpes européennes stockent la plus grande quantité connue de POP du Nord. Hémisphère (Milner et al., 2017). Bien que leur utilisation ait diminué ou cessé dans le monde entier, des biphényles polychlorés ont été détectés dans les eaux de ruissellement provenant de la fonte des glaciers en raison du décalage de la libération des glaciers (Li et al., 2017). Les glaciers représentent également les stocks de DDT les plus instables dans les zones de montagne européennes et autres flanquant les grands centres urbains, et le DDT dérivé des glaciers s'accumule toujours dans les sédiments lacustres en aval des glaciers (Bogdal et al., 2010). Cependant, la bio-floculation (l'agrégation de particules organiques dispersées sous l'action d'organismes) peut augmenter le temps de séjour de ces contaminants stockés dans les glaciers, réduisant ainsi leur toxicité globale pour les écosystèmes d'eau douce (Langford et al., 2010). Globalement, l'effet de ces contaminants sur les écosystèmes d'eau douce est jugé faible (confiance moyenne) (Milner et al., 2017).

Parmi les métaux lourds, le mercure est une source de préoccupation particulière et environ 2,5 tonnes ont été rejetées par les glaciers dans les écosystèmes en aval du plateau tibétain au cours des 40 dernières années (Zhang et al., 2012). Le mercure dans le limon glaciaire, provenant du broyage des roches lors du passage du glacier, peut être aussi important ou plus important que le flux de mercure provenant de la fonte des glaces, en raison de sources anthropiques déposées sur le site du glacier (Zdanowicz et al., 2013). L'érosion des glaciers et les dépôts atmosphériques ont tous deux contribué aux taux élevés d'exportation de mercure observés dans un bassin versant glaciaire du littoral de l'Alaska (Vermilyea et al., 2017), et la production de mercure devrait augmenter dans les bassins versants de montagne (Sun et al., 2017). Sun et al., 2018b) (confiance moyenne). Cependant, une question clé est de savoir quelle quantité de ce mercure dérivé des glaciers, principalement sous forme de particules, est convertie en méthylmercure toxique en aval. Le méthylmercure peut être incorporé dans les réseaux trophiques aquatiques dans les cours d'eau glaciaires (Nagorski et al., 2014) et s'amplifier dans la chaîne alimentaire (Lavoie et al., 2013). L'eau provenant des glaciers rocheux peut également apporter d'autres métaux lourds qui dépassent les valeurs recommandées pour la qualité de l'eau potable (Thies et al., 2013). De plus, la dégradation du pergélisol peut augmenter la libération d'autres oligo-éléments (par exemple, l'aluminium, le manganèse et le nickel) (Colombo et al., 2018). En effet, les projections indiquent que tous les scénarios de changement climatique futurs renforceront la mobilisation des métaux dans les bassins métamorphiques des montagnes (Zaharescu et al., 2016). Les rejets de contaminants toxiques, en particulier lorsque les eaux de fonte glaciaires sont utilisées pour l'irrigation et l'eau potable dans l'Himalaya et dans les Andes, sont potentiellement nocifs pour la santé humaine, aujourd'hui et à l'avenir (Hodson, 2014) (degré de confiance moyen).

Les concentrations de phosphore réactif solubles dans les rivières en aval des glaciers devraient diminuer avec la diminution de la couverture de glacier (Hood et al., 2009), car un pourcentage important est associé aux sédiments en suspension dérivés des glaciers (Hawkings et al., 2016). En revanche, les concentrations de carbone organique dissous (COD), d'azote inorganique dissous et d'azote organique dissous dans les rivières glaciaires devraient augmenter au cours de ce siècle en raison du rétrécissement des glaciers (Hood et al., 2015; Milner et al., 2017) (preuves robustes, accord moyen). À l'échelle mondiale, les glaciers de montagne dégageraient environ 0,8 Tg C /an (Li et al., 2018) de COD hautement biodisponible pouvant être incorporés dans les réseaux trophiques en aval (Fellman et al., 2015; Hood et al., 2015). Les taux de perte de COD provenant des glaciers situés dans les hautes montagnes du plateau tibétain ont été estimés à plus de 0,19 Tg C /an (Li et al., 2018), plus élevés que d'autres régions, ce qui laisse à penser que le COD est libéré plus efficacement des glaciers de montagne asiatiques (Liu et al., 2016). Les pertes de COD dans les glaciers devraient s'accélérer à mesure qu'ils se réduisent, entraînant une perte annuelle cumulée d'environ 15 Tg C /an de carbone organique dissous glaciaire d'ici 2050, due à la fonte des glaciers et des inlandsis (Hood et al., 2015). La dégradation du pergélisol est également une source importante et croissante de COD biodisponible (Abbott et al., 2014; Aiken et al., 2014). Les principaux ions calcium, magnésium, sulfate et nitrate (Colombo et al., 2018) sont également libérés par la dégradation du pergélisol ainsi que par le drainage acide dans les lacs alpins (Ilyashuk et al., 2018).

Une augmentation de la température de l'eau a été signalée dans certains ruisseaux de haute montagne (Groll et al., 2015; Isaak et al., 2016, par exemple) en raison de la diminution du ruissellement glaciaire, entraînant des modifications de la qualité de l'eau et de la richesse des espèces. En revanche, la température de l'eau dans les régions à couverture glaciaire étendue devrait accuser un déclin transitoire en raison de l'effet de refroidissement accru issu de la fonte des eaux glaciaires (Fellman et al., 2014).

En résumé, des changements dans la cryosphère de montagne entraîneront des changements importants dans les nutriments en aval (COD, azote, phosphore) et influenceront la qualité de l'eau par une augmentation des métaux lourds, en particulier du mercure, et d'autres contaminants hérités (preuves moyennes, accord élevé) constituant une menace potentielle à la santé humaine. Ces menaces sont plus ciblées là où les glaciers sont soumis à des charges polluantes substantielles telles que l’Asie et l’Europe, plutôt que des régions comme l’Alaska et le Canada."

Source : GIEC (2019), The Ocean and Cryosphere in a Changing Climate, rapport spécial, 1170 p.

Illustration en haut : Le glacier du Trient (Mont-Blanc), source de la rivière du même nom, auteur Albins, CC BY SA 3.0