Detecting and taking into account possible impacts of climate change on hydrological extremes: the case of France
Détection et prise en compte d'éventuels impacts du changement climatique sur les extrêmes hydrologiques en France
Résumé
Climate change is widely considered as a reality by scientists. Nevertheless, impacts on hydrological extremes are more difficult to observe and to predict. The aim of this thesis is to answer the following questions: How to detect changes in hydro-climatic series? What are the observed changes for extreme discharges in France? How to take into account possible changes in frequency analysis? These objectives refer to both the local and the regional scales. A number of at-site tests for change have been compared by simulations, leading to the selection of the more suitable method for a given variable. At the regional scale, both field significance and regional consistence are studied. New approaches are proposed and compared with the available methods. The study of almost 200 hydrometric stations does not show global patterns of change for high flows, low flows or regime. At a smaller scale, some consistent trends are detected, but without conclusion about their cause: natural variability, watershed evolution or climate change. Lastly, frequency analysis methods are modified in order to deal with possible non-stationarity. Several statistical tools were found to be suitable for this purpose. The Bayesian approach allows incorporating the uncertainty related to stationarity. At a regional scale, non-stationary models can be dealt with thanks to MCMC methods. Finally, a first approach for dealing with intersite dependence is proposed, based on a model for dependence arising from a Gaussian copula.
Le changement climatique est une réalité largement reconnue aujourd'hui dans la communauté scientifique. Néanmoins, son impact sur les extrêmes hydrologiques est délicat à observer et à prévoir. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse est d'apporter des éléments de réponse aux trois questions suivantes : Comment détecter des changements dans les séries hydro-climatiques ? Quelles sont les évolutions observées sur les régimes extrêmes des cours d'eau en France métropolitaine ? Comment prendre en compte ces éventuels changements dans les méthodes de gestion des risques ? Chacun de ces trois objectifs sera traité à l'échelle locale et à l'échelle régionale. Au niveau local, une analyse par simulation a permis de comparer un grand nombre de tests statistiques dédiés à la détection de tendances ou de ruptures, et de réaliser un schéma de sélection du test le plus approprié à la variable d'étude. Au niveau régional, deux aspects ont été pris en compte : la significativité et la cohérence régionale. Dans les deux cas, des méthodes sont proposées et comparées aux outils existant. L'analyse d'environ 200 stations hydrométriques en France ne montre pas de changement généralisé, ni en crue, ni en étiage, ni en régime. A plus petite échelle, certaines évolutions sont cependant détectées, mais les résultats ne suffisent pas à en certifier la cause : variabilité naturelle, évolution du bassin versant ou changement climatique. Enfin, les méthodes d'analyse fréquentielle ont été adaptées pour prendre en compte d'éventuelles évolutions temporelles. A cet effet, plusieurs outils statistiques se sont révélés particulièrement intéressants. Tout d'abord, l'analyse Bayésienne permet de considérer l'incertitude liée à la stationnarité. A l'échelle régionale, l'estimation des paramètres de modèles régionaux non stationnaires est possible grâce aux méthodes MCMC. Enfin, nous proposons une première piste, basée sur l'utilisation d'une copule Gaussienne, pour prendre en compte formellement la dépendance spatiale.
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