Les vagues de chaleur dans les rivières augmentent quatre fois plus vite que celles atmosphériques

Comme le savent bien les habitants de Saragosse, d'Orense et, dans une moindre mesure, de Séville, ainsi que tous ceux qui vivent à proximité, lorsque la chaleur frappe, le fleuve sert de refuge climatique. Cependant, la situation commence à changer. En étudiant l'impact des vagues de chaleur depuis 1980 sur plus de 1 400 fleuves, des chercheurs américains ont découvert que ces phénomènes extrêmes augmentent quatre fois plus vite que les phénomènes atmosphériques. Ces travaux, publiés dans la revue PNAS , s'appuient sur des données américaines, mais les experts européens estiment que le phénomène est mondial. L'impact de ces vagues ne se limite pas au fleuve.

Les vagues de chaleur deviennent plus fréquentes, plus intenses et plus longues . Parallèlement, les scientifiques confirment que le changement climatique réchauffe de vastes étendues d'eau, comme les océans . Mais qu'advient-il des rivières lors d'une vague de chaleur ? En principe, ces cours d'eau, alimentés par la fonte des neiges ou par des apports souterrains, amortissent la température de leur environnement immédiat. Même dans le contexte actuel de réchauffement climatique, ils sont présentés comme des îlots ou des refuges climatiques. Or, les données contredisent ces hypothèses.

« Les rivières mélangent constamment la chaleur par l'intermédiaire de leurs eaux en mouvement. Ce mélange atténue les pics de température, de sorte que les rivières ne se réchauffent généralement pas autant que l'air environnant », explique le professeur de l'Université d'État de Pennsylvanie et co-auteur de cette étude. « Mais l'inconvénient est qu'une fois qu'une rivière se réchauffe, l'ensemble du système a tendance à rester chaud, ce qui prolonge la durée de la vague de chaleur », ajoute Li, directeur d' un laboratoire qui étudie l'état des systèmes aquatiques . Il s'agit du premier résultat obtenu à partir de mesures de température effectuées sur 1 471 cours d'eau douce aux États-Unis.

Plus précisément, entre 1980 et 2022, la durée des vagues de chaleur atmosphériques conventionnelles a augmenté pour atteindre quatre jours en moyenne. Mais dans les rivières, les épisodes thermiques extrêmes durent désormais 7,2 jours en moyenne. « L'eau a une mémoire thermique plus importante que l'air. Cela signifie qu'une fois réchauffée, une rivière a tendance à rester chaude pendant plusieurs jours, car l'eau retient la chaleur. L'air, en revanche, peut se réchauffer et se refroidir rapidement d'un jour à l'autre », explique Li.

La grande majorité des habitants des rivières, en particulier les poissons, sont ectothermes – à sang froid . Et vivent aussi en eaux froides. Dans l'hémisphère Nord, des espèces aussi élémentaires que la truite commencent à subir un stress thermique dès que la température de l'eau atteint 15 °C. Les auteurs ont fixé le seuil critique de stress thermique à 20 °C. Depuis 1980, le nombre de jours dépassant ces températures a augmenté en moyenne de 11,6 jours, bien que dans certains bassins, comme les Appalaches, il atteigne désormais 13,8 jours. Au total, les épisodes de stress thermique ont augmenté dans 82 % des rivières, atteignant le seuil critique dans 74 % d'entre elles.

Outre leur durée, comme celle, extrêmement longue, qu'a connue la majeure partie de l'Espagne cet été, les vagues de chaleur présentent deux autres dimensions importantes : leur intensité et leur fréquence. Ici, les rivières n'ont pas encore égalé la chaleur atmosphérique : les événements extrêmes ne sont pas aussi intenses dans l'eau (augmentation de 2,6 °C contre 7,7 °C à l'extérieur) ni aussi fréquents (2,3 vagues par an, contre 4,6). Mais dans les deux cas, l'écart se réduit, car elles augmentent (y compris en durée) deux à quatre fois plus vite que les vagues atmosphériques.

En principe, la cause principale de l'aggravation des vagues de chaleur dans les rivières serait la même que celle des vagues aériennes : le changement climatique . Cependant, le réseau hydrographique a ses propres facteurs, également liés au climat : « Le refroidissement des eaux souterraines ou la fonte des neiges peuvent contribuer à atténuer l'impact de l'air chaud », souligne le chercheur. Le problème est qu'il neige de moins en moins fréquemment. De plus, la surexploitation des aquifères n'arrange rien. « Avec la diminution de la couverture neigeuse et des apports d'eaux souterraines, le changement climatique empêche les rivières de se refroidir aussi rapidement », conclut Li.

D'autres facteurs humains influencent le réchauffement des rivières. L'un d'eux est la présence de barrages, qui allonge la durée des extrêmes thermiques. Les auteurs de l'étude l'ont confirmé en établissant un lien entre la multiplication des réservoirs et des barrières dans certains bassins et la durée de ces événements. L'autre facteur, atténuant cette fois-ci, est l'agriculture. « L'agriculture atténue les vagues de chaleur riveraines grâce à un air et une eau plus frais grâce à l'irrigation, comme l'indiquent les tendances à la baisse de la fréquence, de la durée et de l'intensité des vagues de chaleur riveraines dans les zones cultivées », explique Kayalvizhi Sadayappan, co-auteur de l'étude, dans une note de l'Université d'État de Pennsylvanie. Cela implique que l'abandon progressif des terres agricoles (beaucoup moins important aux États-Unis qu'en Europe) pourrait amplifier l'impact de la chaleur sur les systèmes fluviaux.

Sadayappan et Li ont pu étudier la situation des rivières américaines grâce aux relevés de température effectués par l' Institut d'études géologiques des États-Unis (USGS) depuis des décennies. Ils sont toutefois convaincus que les vagues de chaleur fluviales sont en augmentation dans le monde entier. En Europe, il n'existe pas de base de données unique, ni même de réseau de surveillance unique pour ses rivières, mais certaines études partielles vont dans le même sens.

Il y a quelques années, des chercheurs italiens, néerlandais et suisses ont étudié le stress thermique subi par 19 rivières suisses lors des trois vagues de chaleur les plus intenses qu'ait connues l'Europe centrale depuis le début des relevés : celles de 2003, 2006 et 2015. L'étude a été publiée en 2018 ; elle n'inclut donc pas les plus récentes, qui ont presque toutes dépassé les précédentes. La pire a eu lieu entre fin juillet et mi-août 2003, causant des milliers de morts rien qu'en Espagne. L'étude montre que les rivières de plaine ont perdu une bonne partie de leur débit, contrairement à celles alimentées par la neige, qui, en fondant rapidement, a eu l'effet inverse. Le pire aspect était l'écart thermique observé. Nunzio Seviglia, chercheur à l'École polytechnique fédérale de Zurich, l'estime à « près de quatre degrés » par rapport à la moyenne enregistrée depuis 1984.

L'impact des vagues de chaleur fluviales n'affecte pas les humains, du moins pas directement. C'est la vie fluviale qui en pâtit. Une étude des populations de mollusques de la Saône (France) montre que plusieurs espèces de minuscules palourdes du genre Pisidium ont pratiquement disparu après l'été 2003. Plus de dix ans plus tard, en 2015 , un nouveau comptage effectué à différents points du fleuve a montré qu'elles ne s'étaient toujours pas rétablies. Mais au-delà de quelques palourdes en moins, Seviglia rappelle les conclusions de ses travaux sur les rivières suisses : « L'effet d'une vague de chaleur extrême, en tant que perturbation pulsatoire, est plus susceptible de modifier l'état des écosystèmes, les incitant à franchir des seuils écologiques vers de nouveaux états écosystémiques potentiellement irréversibles. »

Luz Boyero, chercheuse et co-responsable du Groupe d'écologie fluviale de l'Université du Pays basque, n'a pas étudié les vagues de chaleur en tant que telles, mais plutôt l'impact de la chaleur extrême sur le cycle de vie des rivières : la décomposition de la matière organique. Pour Mme Boyero, qui considère les résultats obtenus par ses collègues américains comme « généralisables et mondiaux », l'intérêt de leurs travaux réside dans le fait que « dans le cas des rivières ou des écosystèmes aquatiques en général, outre le changement climatique en soi , les modifications anthropiques, comme les barrages, jouent un rôle important dans les vagues de chaleur. »

Dans une expérience avec des feuilles de trois espèces collectées sur les rives de la rivière Agüera (Cantabrie et Biscaye), le groupe de Boyero les a exposées à des températures allant jusqu'à 40º pour voir comment l'excès de chaleur affectait à la fois la vitesse et la qualité du processus de décomposition de leurs nutriments essentiels, qui sont la base des organismes détritivores (par les détritus), qui à leur tour sont fondamentaux pour d'autres organismes qui servent de nourriture aux petits poissons qui, à leur tour, donnent vie aux plus gros qui...