Modélisation non-stationaire des extrêmes liés à la neige dans les Alpes françaises : analyse des tendances passées et futures

L’anticipation et la gestion des événements climatiques extrêmes reposent souvent sur l’estimation de niveaux de retour associés à des périodes de retour de T années, c’est-à-dire des valeurs dépassées chaque année avec une probabilité égale à 1 , et qui sont habituellement utilisées pour concevoir des infrastructures critiques. Ces niveaux de retour sont traditionnellement estimés en deux étapes: i) une distribution d’extremum généralisée (GEV) stationnaire est ajustée à une série temporelle de maxima annuels ii) les niveaux de retour sont calculés à partir de la distribution ajustée. Dans un contexte de réchauffement climatique global, les changements de niveaux de retour sont habituellement évalués avec des distributions GEV qui peuvent évoluer avec le temps, c’est-à-dire avec des modèles GEV non-stationnaires où les paramètres de la distribution de GEV peuvent varier avec le temps.Cette thèse étudie les changements passés et projetés de niveaux de retour 50 ans de charges de neige et de niveaux de retour 100 ans de chutes de neige dans les Alpes françaises à l’aide de modèles GEV non-stationnaires. Les chutes de neige (précipitations solides) font partie des variables clefs pour le risque d’avalanche et pour éviter une perturbation des réseaux de transport, alors que les charges de neige (pressions exercées par le manteau neigeux sur le sol) ont un impact important sur les ressources en eau et pour les normes de construction de toitures. Les travaux présentés dans cette thèse reposent sur l’analyse de séries temporelles de maxima annuels de chutes de neige et de charges de neige sont fournis tous les 300 m d’altitude pour les 23 massifs des Alpes françaises: par la réanalyse S2M pour la période passée (1959-2019), et par un ensemble de 20 projections climatiques de l’expérience EURO-CORDEX pour les périodes passées et futures (1951-2100). Ces projections sont ajustées par rapport à la réanalyse S2M pour un scénario de fortes émissions nommé RCP8.5, qui conduit en 2100 à plus de +4◦C de réchauffement climatique à l’échelle planétaire par rapport à l’ère préindustrielle.Afin d’étudier les changements de niveaux de retour, nous avons développé de nouveaux modèles GEV non-stationnaires qui i) se basent sur une méthode statistique simple et robuste pour la réanalyse S2M ii) reposent sur des fonctions linéaires par morceaux pour l’ensemble de projections climatiques iii) peuvent améliorer les estimations en combinant les maxima d’altitudes différentes ou d’un ensemble de projections climatiques.Ces modèles ont permis de quantifier l’évolution des niveaux de retour des charges et des chutes de neige dans les 23 massifs des Alpes françaises. Entre 900 m et 3600 m d’altitude, les niveaux de retour 50 ans de charges de neige ont diminué pour la période 1959-2019 et devraient diminuer par rapport à +1◦C de réchauffement climatique (réchauffement atteint en 2017). Les niveaux de retour 100 ans de chutes de neige ont en moyenne i) augmenté au-dessus de (diminué sous) 2000 m pour la période 1959-2019 ii) devraient augmenter au-dessus d e (diminuer sous) 3000 m entre +4◦C et +1◦C de réchauffement climatique.Cette thèse a des implications en termes de gestion des catastrophes naturelles dans les Alpes françaises. D’abord, malgré leur diminution, les niveaux de retour 50 ans de charges de neige estimés dans nos travaux dépassent parfois les niveaux de retour 50 ans des normes françaises. Par exemple, à 1800 m, les normes françaises sont dépassées de 15% en moyenne, et pour la moitié des massifs. Ces dépassements sont probablement liés à des hypothèses discutables à propos du calcul des normes. Une deuxième implication est que les conceptions d’infrastructures critiques doivent être vérifiées au-dessus de 2000 m pour les aléas liés à la neige, c’est-à-dire là où les niveaux de retour 100 ans de chutes de neige ont augmenté.