mémoire - SIAFEE

MÉMOIRE
Non confidentiel
Présenté par : Julie FABRE
Dans le cadre de la dominante d’approfondissement : IDEA (Ingénierie de
l’Environnement, Eau, Déchets et Aménagements durables)
Les relations entre changement climatique, ressources et
demande en eau en Méditerranée
Etude de la demande en eau agricole
Pour l’obtention du :
DIPLÔME D’INGENIEUR d’AGROPARISTECH
Cursus ingénieur agronome
et du DIPLOME D’AGRONOMIE APPROFONDIE
Stage effectué du 01/03/2010 au 15/09/2010
A : Plan Bleu
271 Corniche Kennedy
13007 Marseille
Enseignante responsable: Audrey NIBOYET
Maître de stage : Sara FERNANDEZ
Soutenu le : 05/10/2010

Abstract
Water resources in the Mediterranean countries are characterized by their irregularity, in space
and in time. Most countries have a water scarcity index of less than 1000 cubic meters/capita/year,
meaning they should be in chronic shortage of water. In the Mediterranean region, climate change
should lead to a decrease in mean precipitations and water resources.
The Blue Plan is currently working in collaboration with a hydrology research team to characterize
climate change’s impacts on water resources in the main Mediterranean river basins. The aim of this
work is also to produce indicators concerning future pressure’s on water resources and their
availability. The study area includes the large Mediterranean river basins, except for the Nile in Egypt.
In order to evaluate future pressures en water resources, it is necessary to measure the impacts
of climate change on water use. The goal of this study was to build a methodology to measure the
impact of climate change on irrigation water use. Maximum evapotranspiration of irrigated crops
was calculated, in order to measure to volume of irrigation water that must be applied to the crops
to achieve maximum yield. The evolution of maximum evapotranspiration in a future climate will
explain the evolution of agricultural water uses, which will necessarily change in order to obtain
maximum yields under new climatic conditions.
Irrigated crops and associated surfaces were taken from the MIRCA 2000 data base, and
evapotranspiration and irrigation water requirements were calculated with the FAO-software,
Cropwat. Climate data and characteristics of each crop were entered in the program, which then
calculated maximal evapotranspiration (crop water requirement), efficient rain, and irrigation water
requirements.
The calculation was first carried on at a regional scale, with climate data representing the current
climate. This first calculation gave an idea of the relations between water use and crop water
requirements under the current climate. Results showed a large variety in maximal crop water
requirement, which are generally higher in the southern and eastern countries of the Mediterranean
region. The part of irrigation water requirement in the total crop water requirement varies between
the different basins, going from a few percents to nearly 95% of the crop water requirements.
The methodology was then tested on one basin, the Rhône in France. Sensitivity to the main
variables was tested, and irrigation water requirements were calculated under climate change
scenarios for 2025 and 2050.
In 2025, for the IPCC emission scenarios A1B and B1, mean annual irrigation water requirements
decrease by close to 30% compared to the current requirements. In May and September, the
irrigation water requirements increase slightly.
In 2050 for the emission scenario B1 irrigation requirements stay 30% under the current
requirements. However for the emission scenario A1B irrigation water requirements, and therefore
agricultural water use, increase by up to 10% compared to the current requirements.

Résumé
Les ressources en eau dans le bassin méditerranéen se caractérisent aujourd’hui par l’irrégularité
de leur répartition, dans l’espace et dans le temps. La plupart des pays de la rive sud et est de la
Méditerranée sont ainsi en situation de « pénurie chronique », avec moins de 1000 m3 par habitant
et par an. Le changement climatique devrait se traduire en Méditerranée par une baisse moyenne
des précipitations et des ressources moyennes en eau.
Un partenariat est établi entre le Plan Bleu et un laboratoire de recherche en hydrologie afin de
modéliser les impacts du changement climatique sur les écoulements dans les bassins versants
méditerranéens, et de construire des indicateurs d’impacts du changement climatique pour évaluer
les pressions futures sur les ressources en eau. L’étude est menée à l’échelle des bassins versants
méditerranéens, en excluant le Nil.
Afin d’évaluer les pressions futures sur les ressources, il est nécessaire d’évaluer aussi les impacts
du changement climatique sur la demande en eau. L’objectif de la présente étude était de
développer une méthodologie pour la quantification des impacts du changement climatique sur la
demande en eau agricole dans les bassins versants méditerranéens. Pour cela l’évapotranspiration
maximale des cultures irriguées a été modélisée, afin de représenter la quantité d’eau d’irrigation à
apporter aux cultures pour obtenir un rendement optimal. Cette évapotranspiration maximale doit
permettre d’expliquer les évolutions de la demande en eau future. En effet cette demande évoluera
si l’on cherche à obtenir les mêmes rendements qu’actuellement, dans des conditions climatiques
changées.
Les cultures irriguées et les surfaces associées ainsi que les calendriers de culture sont issues de la
base de données MIRCA 2000, et l’évapotranspiration des cultures irriguées ainsi que les besoins en
eau d’irrigation sont calculés grâce à l’outil de modélisation Cropwat. A partir de données climatiques
et de caractéristiques relatives à chaque culture, le logiciel calcule l’évapotranspiration maximale et
les besoins en eau d’irrigation.
La modélisation a d’abord été effectuée à l’échelle régionale, avec des données climatiques
concernant le climat actuel. Cette modélisation sur la période présente a permis de conforter les
choix méthodologiques et d’obtenir un aperçu de la relation entre apports et besoins en situation
présente. Les résultats montrent d’abord une hétérogénéité de l’évapotranspiration maximale des
cultures irriguées, cette évapotranspiration étant plus élevée dans les pays du Sud et de l’Est de la
Méditerranée. On a aussi pu noter que la part de l’eau d’irrigation dans l’eau consommée par les
cultures irriguées était variable d’un bassin versant à un autre, pouvant varier de quelques pourcents
à la quasi-totalité des apports en eau.
La méthode de quantification a ensuite été testée sur le bassin versant du Rhône, d’abord par des
tests de sensibilité aux principales données d’entrée en climat actuel, puis sous changement
climatique aux horizons 2025 et 2050. La sensibilité de la modélisation aux données d’entrée est
forte, ce qui montre l’influence importante des choix et des hypothèses retenues lors de l’étude.
A l’horizon 2025, pour les scénarios A1B et B1 du GIEC, les besoins en eau d’irrigation des cultures
irriguées dans le bassin versant du Rhône devraient diminuer d’environ 30% en moyenne annuelle,
avec une légère augmentation aux mois de mai et septembre.
A l’horizon 2050 les besoins devraient rester inférieurs de 30% aux besoins actuels sous le
scénario B1 du GIEC. Par contre, pour le scénario A1B ces besoins devraient ré-augmenter, pouvant
atteindre une hausse de 10% par rapport aux besoins actuels.

Remerciements
Je tiens à remercier :
Sara Fernandez qui m’a encadrée pendant mon stage. Je la remercie pour son soutien et ses
conseils qui m’ont permis d’avancer et de me poser des questions sur mon travail.
Marianne Milano aussi pour un travail d’équipe agréable et enrichissant, et également pour son
soutien et ses conseils pour mon travail et mon orientation. Je tiens également à remercier Marianne
pour les bons moments passés au Plan Bleu et pour son accueil à Montpellier.
Henri-Luc Thibault, pour m’avoir accueilli en stage au Plan Bleu, Pierre Icard pour m’avoir intégrée
à son unité et permis, avec Arthur Germond de l’Afd, d’effectuer ce stage. Je remercie également
Pierre de m’avoir éclairée en cours de stage sur mes orientations.
Hughes Ravenel pour ses conseils méthodologiques et son aide précieuse lors de la collecte et du
traitement des données climatiques.
Jean-Pierre Giraud pour son éclairage sur les méthodes du Plan Bleu et sur les exercices
prospectifs passés, et Benoit Briquetti pour m’avoir prêté son poste pour la cartographie, et fourni
des données et son aide. Mohamed Blinda m’a également aidé par sa connaissance des pays
méditerranéens et en m’apportant des informations et des données manquantes. Je remercie toute
l’équipe du Plan Bleu pour son accueil lors de mon stage, à Sophia Antipolis et à Marseille.
Audrey Niboyet pour son suivi régulier à distance de mon stage, et pour les quelques questions
clés qu’elle a su me poser aux bons moments.
Stéphane Simonet pour des discussions très enrichissantes sur les enjeux du changement
climatique et des études sur l’environnement et le développement. Je remercie également Monsieur
Simonet d’avoir partagé avec moi ses expériences passées.
Enfin je remercie Martin pour sa présence à mes côtés pendant tout ce stage, et pendant les
moments difficiles.

Caractérisation et analyse des relations entre
changement climatique, ressources en eau et
demande en eau
Etude de la demande en eau agricole
Sommaire
Table des illustrations ...................................................................................................................... 3
Introduction ..................................................................................................................................... 1
I. L’étude des impacts du changement climatique sur les ressources en eau en Méditerranée ........ 2
A.Les étapes d’une étude d’impact du changement climatique .................................................... 2
B. Caractérisation et analyse des modèles et scénarios climatiques et des modèles
hydrologiques ................................................................................................................................... 4
1. Les modèles climatiques globaux ........................................................................................... 4
2. La construction de scénarios de changement climatique à partir des résultats des modèles .. 4
3. Les différents types de modèles hydrologiques ...................................................................... 6
C. Les incertitudes associées aux études d’impacts ....................................................................... 7
D. Le changement climatique et ses impacts sur les ressources en eau en Méditerranée ....... 9
1. Des variables explicatives à plusieurs échelles ....................................................................... 9
2. Les tendances passées en Méditerranée ................................................................................ 9
3. Les projections climatiques disponibles ............................................................................... 10
4. Impacts de la réduction de la pluviométrie sur les débits (débits moyens, changements de
régime, variabilité). .............................................................................................................. 12
5. Typologie des impacts sur les ressources en eau .................................................................. 12
E. Les impacts du changement climatique sur le secteur agricole................................................ 14
1. Impacts sur la production .................................................................................................... 14
2. Impacts sur l’utilisation de l’eau .......................................................................................... 16
II. Mise en place d’une méthodologie de quantification des évolutions de la demande en eau
agricole dans les grands bassins versants méditerranéens......................................................... 16
A.Zone d’étude et données sur l’état actuel du système ............................................................ 16
1. Données sur la demande en eau agricole : définitions, cadrage ........................................... 16
2. Une première étape pour un exercice prospectif sur le système eau-agriculture influencé
par le changement climatique .............................................................................................. 18
3. La zone d’étude : les grands bassins versants méditerranéens ............................................. 20
B. Modélisation des besoins théoriques des cultures irriguées avec l’outil Cropwat .................... 23
1. Rappels sur les bilans hydriques........................................................................................... 23
2. Choix et utilisation de l’outil de modélisation (Cropwat) ...................................................... 24