La sécheresse qui touche actuellement la France ainsi qu’une partie de l’Europe se manifeste par un niveau dramatiquement bas des rivières et des lacs. Au cours des prochaines décennies, le niveau et la superficie des lacs du globe vont significativement varier sous l'action conjuguée du changement climatique et de l’augmentation de la pression anthropique sur les ressources en eau. Le Lac Tchad ou la Mer D’Aral sont deux exemples contemporains emblématiques de l'extrême vulnérabilité des étendues d'eau continentales face à ces forçages. Dans le contexte des changements globaux en cours, la question du devenir des lacs et des conséquences sur les socio-éco-systèmes associés devient alors de plus en plus prégnante.
Face aux incertitudes concernant la durabilité des lacs, l'étude des paléo-lacs préservés dans les archives géologiques ainsi que le monitoring des lacs modernes apportent des éléments concrets de réflexion. Cependant, seule la modélisation numérique permet de tester un grand nombre scénarios afin de rendre compte du champ des possibles en ce qui concerne les futures évolutions des grands lacs. Cette connaissance est primordiale pour prévoir des adaptations des activités humaines et des infrastructures, protéger la biodiversité et les écosystèmes aquatiques, voire anticiper de possibles flux migratoires ou des motifs de conflits liés à l’accès à l’eau.
Pour le géologue qui s’intéresse aux systèmes sédimentaires lacustres, l'enjeu est de comprendre en quoi de simples fluctuations de niveau d'eau affectent la physiographie et le fonctionnement des lacs. Ce questionnement qui s'inscrit initialement dans une recherche fondamentale et disciplinaire, est en lien direct avec certains défis sociétaux et environnementaux actuels, notamment la dispersion des polluants et des débris plastiques, l'adaptabilité des communautés riveraines, la résilience des écosystèmes, la préservation de la ressource en eau, ou la dynamique des paysages du futur.
L'absence de modèle numérique spécifiquement dédié aux lacs, nous a incité à construire notre propre outil de simulation des processus hydro-sédimentaires lacustres, en adaptant un modèle open-source développé par le génie côtier hollandais. Un soutien par le programme de PHC Van Gogh nous a permis d’initier une collaboration avec l'Université Technique de Delft et l'organisme Deltares afin d'utiliser optimalement leur modèle numérique DELFT3D. Puis, deux soutiens décisifs de l'Investissement d'Excellence de l'Université de Strasbourg et de La Fondation Dassault Systèmes, nous ont permis de poursuivre notre effort de virtualisation des lacs et d’explorer un cas d'étude concret.
Dans le cadre du projet VirtuaLakes, notre choix s'est porté sur le Lac Turkana, l'un des très grands lacs du Rift Est-Africain. Ce lac connaît de fortes fluctuations qui sont documentées par les satellites pour les 50 dernières années et reconstruites à plus long terme d’après les archives sédimentaires (Schuster et al., 2022). De plus, l’installation de barrages hydro-électriques et le prélèvement massif d’eau pour l’irrigation le long de la rivière Omo, principal tributaire du lac, représente une menace majeure pour le futur de ce lac.
Notre premier article (Zainescu et al., 2023) décrit le modèle développé ainsi que sa validation à partir de l’application au Lac Turkana actuel. Les simulations numériques apportent de nouvelles connaissances quant au fonctionnement de ce lac, avec en particulier la mise en évidence du rôle des vagues de vent sur la remise en suspension des sédiments, et l’établissement d’un modèle conceptuel représentatif de la courantologie dans le lac.
Cette première étape de modélisation numérique des lacs débouche sur deux nouvelles opportunités. Premièrement, notre nouvel outil numérique présente l’avantage d’être robuste même à partir d’un nombre limité de paramètres. Il peut donc être configuré pour modéliser tous les lacs, notamment ceux pour lesquels les données sont sporadiques, les paléo-lacs, voire des lacs extraterrestres. Deuxièmement, la validation des simulations pour le Lac Turkana moderne, permet désormais des projections pour d’autres niveaux de ce lac, passés et futurs.
Les développements à venir concernant la modélisation numérique des lacs s’orientent maintenant vers une ouverture interdisciplinaire (hydrologie, écosystèmes, biodiversité, sociétés, eau et ressources naturelles) et vers le couplage avec d’autres types de modèles numériques (climat, végétation, sédimentologie). Notre ambition est aussi de développer une interface ainsi qu’un flux opérationnel conviviaux avec pour objectif de stimuler l’émergence d’une nouvelle communauté d’utilisateurs afin de soutenir un effort massif de modélisation d’un nombre grand nombre de lacs.
Références :
Schuster M., Zainescu F., Nutz A., Storms J.E.A., van der Vegt H. , Bozetti G. , May J.-H., May S.M. , Boisserie J.R. , Ragon T. , Bouchette F. , Ghienne J.F. 2022. Le delta de l’Omo, un delta à dominante rivière en contexte lacustre. Géochronique 162, 35-39.
Zainescu Z., van der Vegt H., Storms J.E.A., Nutz A., Bozetti G., May J.H., Cohen S., Bouchette F., May S.M., Schuster M. 2023. The role of wind-wave related processes in redistributing river-derived terrigenous sediments in Lake Turkana: A modelling study, Journal of Great Lakes Research, https://doi.org/10.1016/j.jglr.2022.12.013
