Géographe hydro-climatologue, mes recherches en sciences de l'environnement traitent des interactions entre l'eau, le climat et la société. Les applications portent sur un espace sous-continental de l'Europe de l'Ouest soumis à un climat océanique à dégradation continentale et drainé par deux fleuves constituant des axes de circulation et d'échanges transnationaux majeurs : le Rhin et la Meuse. Ce document présente un aperçu de mes recherches au cours des dix dernières années. Trois thèmes ont charpenté mon activité de recherche pendant cette décennie : i) Le changement climatique contemporain d'échelle régionale ; ii) La caractérisation et la gestion des impacts hydrologiques en contexte climatique non stationnaire et en avenir incertain ; iii) La géographie physique du flux de précipitations et de l'écoulement de rivière dans une optique de régionalisation des composantes du cycle hydrologique. Le premier thème est certainement celui qui a le plus retenu mon attention en raison de la forte demande sociétale qu'il a suscité au cours de ma période d'activité. Avec le recul, je pense que ces trois thèmes de recherche sont liés par un concept transversal : celui du changement qui se manifeste à toutes les échelles d'espace et de temps. L'eau et le climat se situent dans un environnement progressivement transformé par l'Homme et participent eux-mêmes à ce changement affectant les sociétés humaines par leur dynamique intrinsèque et leur stochasticité. Il y a là une dualité qui suppose d'adopter une approche socio-environnementale et intégrative des hydrosystèmes pour comprendre leur dynamique et mieux maîtriser leur gestion, renforcer leur résilience et leur faculté d'adaptation au changement. Cette dualité suppose " d'installer " une chaîne d'analyse et de modélisation contrainte par le diagnostic des modèles (climatiques et hydrologiques) et l'interaction " terrain-modèle ". Seule une telle démarche expérimentale permet de poser des limites opérationnelles face aux enjeux sociétaux suscités par les changements affectant le fonctionnement des hydrosystèmes et leur réponse face aux perturbations climatiques. La première partie de ce mémoire a pour objectif de définir les objets de recherche. Ainsi, le changement climatique est-il défini comme une intégration dans le temps des transitions préférentielles de l'atmosphère vers un régime de temps particulier. Les fondements de son étude se décline autour des mots-clés suivants : détection, attribution, modélisation et prospective. La régionalisation pour sa part est définie comme une science géographique qui, partant de l'observation et d'un effort de théorisation, cherche à identifier des similitudes de comportement, des combinatoires de variables permettant de prévoir ou prédéterminer, à partir ou non de l'information géographique, une information hydrologique ou climatologique là où elle n'existe pas ou que partiellement. Pour ces deux objets de recherche, l'enjeu socio-environnemental est considérable : il s'agit fondamentalement d'améliorer la connaissance des opportunités et des contraintes qui émanent des évolutions de l'environnement dans lequel l'Homme s'insère. L'objectif est de contribuer à faire de lui un meilleur gestionnaire, un meilleur gardien de cet environnement dont il est un acteur majeur pour qu'il adopte, de plus en plus, un comportement de " sentinelle ", i.e. proactif et réactif face au changement. Mon effort de recherche s'est déployé à différents niveaux scalaires mais toujours aux échelles spatiales qui sont directement en prise avec les impacts sociétaux du changement climatique. Les espaces sont de dimension variable (de quelques km² à quelques dizaines de milliers de km²) et leurs contours ont surtout été dictés par l'ancrage géographique des projets de recherche et la disponibilité de jeux de données cohérents. En outre, mon effort de recherche s'est nourri de données collectées par des réseaux de mesure d'envergure régionale. Par conséquent, les échelles temporelles investiguées ne vont pas au-delà de l'échelle séculaire. Les pas de temps des chroniques que j'ai traitées s'étendent de l'horaire à l'annuel. La seconde partie problématise les objets de recherche tout en fixant les échelles spatiales et temporelles auxquels ils sont traités. Les questionnements posés par mes objets de recherche sont nombreux et variés : comment crédibiliser les observations climatiques ? Comment concevoir les futurs du climat ? Comment les appliquer au fonctionnement hydrologique actuel des bassins-versants ? Quelles en sont les sources d'incertitude ? Comment évaluer le modèle d'impact hydrologique et comment le choisir ? Comment prendre en compte la variabilité spatiale des précipitations et de l'écoulement pour construire un modèle régional ? Comment s'organise cette variabilité ? Peut-on la modéliser, la prévoir, et à quelles échelles d'espace et de temps ? Quels sont les descripteurs physiques qui rendent compte de cette variabilité ? Pour répondre à ces questionnements scientifiques, il m'a fallu recourir à un arsenal de méthodes quantitatives décrites dans la troisième partie du document. Ces méthodes relèvent pour l'essentiel de l'analyse de données, de la statistique multivariée, de la statistique décisionnelle et de l'analyse spatiale. Les innovations résident principalement dans le développement des méthodes simples et fiables de détection du changement régional ou encore de cartographie automatique d'une variable d'intérêt à échelle fine. La quatrième partie est consacrée aux résultats produits tout au long de mon itinéraire de recherche. La synthèse n'est pas exhaustive. Les résultats saillants se rapportent à la caractérisation du réchauffement climatique contemporain (amplitude et localisation) au sein de l'espace rhéno-mosan, à la modulation spatiale du signal de changement pluviométrique hivernal, à l'évolution future du climat et des débits dans les bassins de la Sûre et de la Meuse ou encore à la valorisation des mesures hydrométriques patrimoniales pour l'interpolation du débit des rivières. Enfin, le document s'achève avec la présentation de quelques perspectives de recherches qui se projettent sur mon horizon scientifique, à plus ou moins brève échéance. La question de l'analyse spatiale des flux hydrologiques et celle de la résilience climatique des hydrosystèmes s'inscrivent au cœur de ces perspectives.
Etudes hydro-climatologiques régionales. Applications à l'évolution du climat et aux écoulements de rivière dans un espace transfrontalier