Les effets du changement climatique dans les Alpes (3) : Gestion de l’eau et des risques naturels

Le réchauffement climatique et la fonte des glaciers impliqueront forcément une nouvelle gestion de l’eau qui ne se bornera plus à un simple ajustement aux modifications de l’environnement naturel. Elle devra aussi tenir compte des changements socio-économiques. Dans les régions où l’irrigation agricole est pratiquée, la demande en eau pourrait dépasser les ressources lors d’étés caniculaires et très secs. De nouvelles réglementations sur l’allocation de la ressource hydrique à différents usagers, l’installation de nouveaux réservoirs, et des améliorations techniques devront être mises en place.

Les grands barrages alpins seront affectés dès la deuxième moitié du 21èmesiècle, par le fort retrait attendu des glaciers, les eaux de fonte ne remplissant plus autant les lacs de retenue qu’actuellement. De ce fait, les capacités de stockage pourraient être réduites, avec pour conséquence une diminution de la production hydroélectrique. Il en résultera des difficultés à répondre à une demande en électricité qui se décalera progressivement depuis l’hiver vers l’été, en raison des besoins en climatisation. Cela nécessitera de mettre en place une gestion optimale de l’eau dans le réseau interconnecté des grands barrages, ainsi que des mécanismes économiques permettant d’influencer l’offre et la demande.

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En termes de risques naturels dans les Alpes, l’effet cumulé de précipitations intenses dans les régions de basse et moyenne altitude conduirait à de forts taux d’érosion des pentes. L’augmentation attendue  de précipitations extrêmes devrait entraîner une augmentation de la fréquence et de la sévérité des crues. Ce genre de situation a prévalu dans un proche passé, par exemple en février 1995 lorsque la fonte précoce du manteau neigeux dans les Alpes, associée à des pluies abondantes en Allemagne, ont mené à des crues tout au long du parcours du Rhin.

Il faudra aussi prendre en compte le risque d’effondrements et de lahars provoqués par la fonte du permafrost rocheux en haute altitude. Plusieurs exemples ont récemment été observés en Suisse et en Italie.

Source : Encyclopédie de l’Environnement.

Barrage de Roselend (Savoie) [Crédit photo: Wikipedia]

Eboulement en Suisse (image YouTube)

Une solution contre le réchauffement climatique: Un stupa de glace // A solution against global warming : An ice stupa

Le Ladakh – le « pays des hautes passes » – est pris en sandwich entre deux des plus hautes chaînes de montagnes du monde, l’Himalaya et le Kunlun. Les précipitations sont rares dans cette région. L’eau, indispensable à l’irrigation des terres agricoles qui constituent la principale ressource de la population locale, provient principalement de la fonte de la neige et de la glace. Cependant, le changement climatique rend cette terre encore plus sèche, laissant les agriculteurs en manque d’eau dans les mois d’avril et mai, si importants pour les plantations, juste avant que les glaciers commencent à fondre sous le soleil de l’été.
En 2014, Sonam Wangchuk, un ingénieur en mécanique de la région a décidé de s’attaquer à la crise de l’eau au Ladakh où les glaciers reculent en raison de la hausse des températures. Pour cette raison, ils laissent échapper beaucoup moins d’eau au début du printemps mais en fournissent une grande quantité avec la chaleur de l’été qui les amenuise encore davantage.
L’ingénieur avait en tête une idée simple: il voulait rééquilibrer ce déficit naturel en recueillant l’eau provenant de la fonte de la neige et de la glace au cours des mois froids (cette eau est perdue pour tout le monde) et en la stockant jusqu’au printemps, moment où les agriculteurs en ont le plus besoin. Pour ce faire, il a construit un « stupa de glace », cône de glace à deux niveaux, ainsi baptisé par référence aux monuments sacrés traditionnels que l’on rencontre dans toute l’Asie.
Le stupa de glace est édifié sans avoir besoin d’électricité ou de pompes, uniquement grâce à la physique. Tout d’abord, un tuyau est installé sous terre ; il relie un cours d’eau et l’endroit où le stupa de glace doit être implanté, généralement à côté d’un village. L’eau doit provenir d’un point plus élevé, d’une soixantaine de mètres ou plus. Comme un fluide dans un circuit maintient toujours son niveau – selon le principe des vases communicants – l’eau qui provient de 60 mètres en amont gicle à 60 mètres en l’air à la sortie du tuyau en aval, créant une fontaine. La température négative de l’air fait le reste et cristallise immédiatement les gouttelettes d’eau sous forme de glace qui tombe juste en dessous en formant un cône. Un cône est très facile à fabriquer avec de la glace, car tout écoulement sous forme de gouttes forme naturellement un cône. Les glaçons sont eux-mêmes des cônes inversés.
Un cône a des propriétés très intéressantes: il a une surface d’exposition minimale par rapport au volume d’eau qu’il contient; Cela signifie qu’il fond très lentement. Le prototype de 6 mètres de hauteur contenant 150 000 litres d’eau a duré de l’hiver jusqu’à la mi-mai, au moment précis où l’eau était nécessaire pour l’irrigation, alors que toutes les glaces environnantes avaient disparu fin mars. L’aspect révolutionnaire du stupa est qu’il fonctionne même à basse altitude et à des températures très chaudes.
Ce n’est pas la première fois que l’on essaye de créer un glacier artificiel dans la région, mais les tentatives précédentes ont eu lieu au-dessus de 4 000 mètres d’altitude en faisant geler l’eau dans de grands canaux qui exigeaient de l’ombre et beaucoup d’entretien, et étaient situés trop loin des champs pour être pratiques.
Au lieu de cela, la forme conique du stupa de glace peut résister à la lumière directe du soleil et le cône peut être édifié là même où l’eau est nécessaire. Cependant, les stupas ne sont pas sans entretien car ils ont besoin d’une intervention manuelle; Par exemple, les fontaines peuvent se bloquer lorsque l’eau gèle dans les tuyaux. En améliorant la technique, ils devraient devenir plus fiables. Des tests commenceront au Pérou cet été en profitant de l’hiver dans l’hémisphère sud.
En raison de l’infrastructure de tuyauterie requise, le coût initial du projet est relativement élevé. L’ingénieur en mécanique a estimé qu’il aurait besoin d’environ 125 000 dollars pour réaliser la première version du stupa de glace à grande échelle. Il pourrait atteindre 25 mètres de hauteur et permettre l’irrigation d’une dizaine d’hectares de cultures. Conscient que ce coût serait trop élevé pour les autorités locales, il a décidé d’avoir recours à un financement participatif par l’intermédiaire de la plateforme Indiegogo. Cette initiative a été couronnée de succès et a suscité l’intérêt des institutions locales. En fin de compte, le gouvernement du Ladhak l’a intégrée dans ses plans de développement. Le stupa de glace a également remporté un Rolex Award for Enterprise en 2016, ce qui a rapporté une somme de 100 000 francs suisses (environ 105 000 dollars).

https://youtu.be/FdVijr10DZ0

Les stupas de glace pourraient également être transformés en attractions touristiques, en y incorporant des bars à glace et des hôtels de glace. Cela reviendrait à mélanger le sacré et le profane et construire un pont entre différentes cultures.
Source: CNN.

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Ladakh- the « land of high passes » – is sandwiched between two of the world’s tallest mountain ranges, the Himalayas and the Kunlun. Rainfall is rare in the region. Water, essential for irrigating the farmlands that are the lifeblood of the local population, mostly comes from melting snow and ice. However, climate change is making this land even drier, leaving farmers without water in the crucial planting months of April and May, right before the glaciers start to melt in the summer sun.

In 2014, Sonam Wangchuk, a local mechanical engineer set out to solve the water crisis of the Ladakh. The natural glaciers are shrinking due to rising global temperatures. For that reason, they provide far less water in early spring but then release a lot in the summer heat, shrinking even more.

The engineer had a simple idea: he wanted to balance this natural deficit by collecting water from melting snow and ice in the cold months, which would normally go to waste, and store it until spring, just when farmers need it the most. He then built a two-story prototype of an « ice stupa », a cone of ice that he named after the traditional sacred monuments that are found throughout Asia.

The ice stupa is created using no power or pumps, only physics. First, a pipe is laid underground, connecting a stream of water and the location where the ice stupa is required, usually next to a village. The water must come from a higher altitude, usually around 60 meters or more. Because a fluid in a system always wants to maintain its level – according to the principle of the communicating vessels – water from 60 meters upstream will spray 60 metres into the air out of the downstream pipe, creating a fountain. The freezing air temperature does the rest, immediately crystallizing the water droplets into ice that falls right below, forming a cone. A cone is very easy to make with ice, because any dripping naturally forms a cone underneath; icicles are inverted cones.

A cone has more desirable properties: It has minimal exposed surface area for the volume of water it contains; that means it melts very slowly. The 6-metre-tall prototype containing 150,000 litres of water lasted from winter until mid-May, just when water is needed for irrigation, while all the surrounding ice on the ground had gone by the end of March. The revolutionary aspect of the ice stupa is that it works even at low altitude and in very warm temperatures.

It’s not the first type of artificial glacier in the area, but previous endeavours in this area were only attempted above 4,000 metres a.s.l. by freezing waters in large canals which required shade and a lot of maintenance, and were located too far away from the fields to be practical.

Instead, the conical shape of the ice stupa can withstand even direct sunlight and it can sit right were the water is required. However, the stupas are not maintenance-free as they need a lot of manual intervention; for instance, the fountains can freeze when the pipes ice up. It is hoped that soon, by refining the technology, they will become more reliable. Tests will start in Peru this summer, taking advantage of an extra winter in the southern hemisphere.

Because of the piping infrastructure required, the initial investment can be steep. The mechanical engineer estimated he would need around $125,000 to build his first full-scale version, which could reach 25 metres in height and provide irrigation to about 10 hectares of land. As the price would be too high for local authorities, he decided to crowdfund the project, asking people for contributions through Indiegogo, a popular crowdfunding platform. The campaign was successful and piqued the interest of the local institutions. In the end, the Ladhaki government is incorporating it its development plans. The ice stupa also won a Rolex Award for Enterprise in 2016, which carried a 100,000 Swiss Franc prize (around $105,000).

https://youtu.be/FdVijr10DZ0

The stupas might also be turned into tourist attractions, by building ice bars and ice hotels inside them. This would mean a bit like mixing the sacred and the profane and build a bridge between different cultures.

Source: CNN.

Vue du prototype du stupa de glace

(Crédit photo: Sonam Wangchuk)

Kohala: Un volcan discret à Hawaii // An unobtrusive volcano at Hawaii

drapeau-francaisLe Kohala n’est pas le plus connu des volcans hawaïens. Très peu de touristes le visitent sur la Grande Ile. Ils préfèrent s’attarder sur le Kilauea, le Mauna Loa ou le Mauna Kea qui sont beaucoup plus populaires. La dernière éruption du Kohala a eu lieu il y a plus de 65 000 ans.
Le volcan présente une forme allongée du nord-ouest au sud-est, comme tous les volcans d’Hawaï, en raison du mouvement de la plaque Pacifique au-dessus d’un point chaud.
On a longtemps pensé que la dorsale formée par le Kohala avait été édifiée par des éruptions le long d’une zone de rift du Mauna Kea. Cependant, en observant des roches le long de Hilo Ridge, la dorsale de Hilo, les scientifiques ont découvert que leur composition chimique n’était pas compatible avec la matière éruptive émise par le Mauna Kea et qu’elle s’apparentait davantage à celle du Kohala.
Il y a entre 250 000 et 300 000 ans, une énorme avalanche a emporté toute la partie nord-est du flanc du volcan sur plus de 20 km le long du littoral. Les débris d’avalanche se sont répandus sur plus de 130 km vers le large. Les effets de cette avalanche sont encore visibles aujourd’hui dans les falaises abruptes de la côte est de Kohala (voir photo ci-dessous).
En 1964, les scientifiques qui étudiaient le Mauna Loa et le Kohala ont réalisé que les deux volcans avaient connu de grosses avalanches. En 2004, une équipe de recherche a constaté qu’une grande avalanche historique sur le flanc ouest du Mauna Loa avait également laissé sa marque sur le Kohala. Quelques années plus tard, un groupe de scientifiques a revisité un dépôt de fossiles découvert sur le flanc supérieur du Kohala dans les années 1930. Ils ont trouvé que l’âge des fossiles correspondait à celui d’une terrasse de corail située au large et datant de la même période de temps. Il correspondait aussi à l’âge de produits d’une grosse avalanche du Mauna Loa il y a 120 000 ans. Ils en ont déduit que le glissement de terrain du Mauna Loa avait probablement déclenché un méga-tsunami qui avait délogé des morceaux de corail et les avait emportés sur près de 7 km à l’intérieur des terres et à 480 mètres de hauteur sur le flanc du Kohala.
L’une des caractéristiques du Kohala est la longueur des pauses entre ses éruptions, en particulier au cours de la phase post-bouclier. De plus, les laves post-bouclier du Kohala ont des quantités relativement élevées de phosphore, ce qui est unique dans le domaine des volcans hawaïens. Ceci est important car le phosphore est l’un des éléments nutritifs dont les plantes ont besoin pour croître. Les études archéologiques ont découvert que les premiers Hawaïens avaient détecté certaines zones riches en phosphore le long des coulées de lave, ce qui leur permettait de mieux cultiver les plantes. Sur le côté sec du volcan qui possède de vieilles coulées de lave riches en phosphore, les archéologues ont trouvé des preuves historiques de vastes systèmes agricoles sur terres arides.
Aujourd’hui, la région du Kohala dispose d’un réseau hydrologique complexe. Au début du 20ème siècle, afin d’exploiter les ressources hydrologiques de la montagne, des canaux d’irrigation ont été construits afin de prélever l’eau au sommet et la transporter pour satisfaire les besoins de l’industrie cannière. En 1905, le Kohala Ditch, un vaste réseau de conduits mesurant 35 kilomètres de long, a été mené à son terme. Il est actuellement exploité par les ranchs, les fermes et les résidences. Une portion de cet ouvrage est devenue une attraction touristique jusqu’à ce qu’il soit endommagé par le séisme de 2006. L’Hawaii County Department of Water Supply, en charge de l’approvisionnement en eau du Comté d’Hawaii, s’appuie sur les ressources en eau du Kohala pour alimenter toute la population de l’île. Avec la demande croissante, les canaux ont été complétés par des puits profonds conçus pour canaliser les eaux souterraines à usage domestique.
Adapté d’un article paru dans West Hawaii Today.

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drapeau-anglaisKohala is not the best-known of Hawaiian volcanoes. Very few people visit it on the Big Island. They usually prefer to stay on Kilauea, Mauna Loa or Mauna Kea which are far more popular. Kohala volcano last erupted more than 65,000 years ago.
The volcano has an elongate shape running northwest to southeast, like all Hawaiian volcanoes, due to the movement of the Pacific plate above a hotspot.
It has long been thought that Kohala’s ridge was built by eruptions along a rift zone of Mauna Kea. However, after dredging rocks along Hilo Ridge, scientists discovered their chemical compositions were not consistent with eruptive material from Mauna Kea, but instead more closely matched Kohala’s.
Between 250,000 and 300,000 years ago, a huge avalanche consumed a slice of the volcano’s northeast flank more than 20 km wide at the shoreline. The debris spilled more than 130 km out and onto the ocean floor. The lasting effects can still be seen today in the sheer cliff walls of the windward Kohala shoreline (see photo below).
In 1964, scientists studying Mauna Loa and Kohala realized they both had experienced large avalanches. In 2004, a research team found that a large historical avalanche on the western flank of Mauna Loa also left its mark on Kohala. An international group of scientists revisited a fossil deposit first found high on Kohala’s flanks in the 1930s. They found the age of the fossils matched an offshore coral terrace from the same time period, as well as the timing of Mauna Loa’s huge avalanche 120,000 years ago. This led them to surmise that Mauna Loa’s landslide likely triggered a mega-tsunami that dislodged the coral pieces and swept them almost 7 km inland and 480 metres up the side of Kohala.
Owing to its age, one of the unique things about Kohala is there is a long time break between eruptions, particularly during the post-shield phase. One remarkable feature of Kohala’s later lavas, the post-shield lavas, have reasonably high amounts of the mineral phosphorous in them and this is unique to Hawaiian volcanoes. This is significant because phosphorous is one of the nutrients plants need to grow. Archaeological studies have found that early Hawaiians recognized certain areas along the lava flows that allowed them to cultivate better plants. On the dry side of the volcano that had the older phosphorous-rich flows, archaeologists have found evidence of extensive historical dryland agricultural systems
Today, Kohala supports a very complex hydrological cycle. In the early part of the 20th century, this was exploited by building surface irrigational channels designed to capture water at the higher elevations and distribute it to the then-extensive sugarcane industry. In 1905, the Kohala Ditch, a vast network of ditches, measuring 35 km in length, was completed. It has since come into use by ranches, farms, and homes. A portion of the ditch became a tourist attraction until it was damaged by the 2006 Hawaii earthquake. The Hawaii County Department of Water Supply relies on streams from Kohala to supply water to the population of the island. With increasing demand, the original surface channels have been supplemented by deep wells designed to channel groundwater for domestic use.
Adapted from an article in West Hawaii Today.

Kohala 01

Sommet du Kohala

Kohala 03

Falaises de la côte est

Kohala 02

Exemple d’agriculture sur le Kohala

(Photos: C. Grandpey)