Projection du risque d’inondation des nappes phréatiques dans un système karstique de plaine sous des climats futurs

Pourquoi les inondations souterraines en hausse sont importantes

Quand nous imaginons des inondations, nous pensons généralement à des rivières qui débordent ou à des vagues de tempête franchissant des digues. Mais dans certaines régions de l’ouest de l’Irlande, les inondations peuvent monter en silence depuis le dessous : la nappe phréatique remplit des dépressions naturelles dans le calcaire pour former des lacs temporaires appelés turloughs. Cette étude examine comment ces inondations cachées sont susceptibles d’évoluer avec le réchauffement climatique, en utilisant des modèles numériques avancés pour regarder jusqu’à la fin du siècle et aider les communautés à se préparer à un avenir plus humide.

Un paysage façonné par la roche, la pluie et les marées

La recherche se concentre sur une région karstique de faible altitude qui se draine vers la baie de Galway. Ici, la pluie tombant sur les collines voisines s’infiltre dans les fissures et les tunnels du calcaire et réapparaît dans des dépressions peu profondes qui se remplissent périodiquement d’eau. Ces bassins naturels sont reliés à la mer par le réseau souterrain, si bien que les marées océaniques peuvent faire monter ou baisser subtilement les niveaux d’eau souterraine à l’intérieur des terres. Comme une grande partie de l’activité se déroule hors de vue, et parce que l’eau peut circuler rapidement dans ce labyrinthe de conduits, les inondations sont difficiles à prévoir avec les modèles classiques basés sur les rivières.

Apprendre à un modèle intelligent à suivre l’eau

Pour démêler cette complexité, les auteurs ont construit un modèle d’apprentissage machine connu sous le nom de réseau neuronal bayésien. Ils l’ont entraîné sur près d’une décennie de mesures réelles : précipitations quotidiennes, variations du niveau de la mer au port de Galway, et le volume d’eau combiné stocké dans cinq turloughs surveillés. Le modèle a appris non seulement comment la pluie et la marée actuelles influencent les inondations, mais aussi comment les quelques jours précédents d’humidité ou de sécheresse préparent le système. Des tests réalisés sur des données non utilisées pour l’entraînement ont montré que le modèle reproduisait très fidèlement les volumes d’inondation observés, bien qu’il ait tendance à rester prudent pour les inondations les plus extrêmes, ce qui signifie que ses projections les plus fortes sont probablement conservatrices.

Regarder vers l’avenir selon différentes trajectoires de réchauffement

Avec ce modèle entraîné, l’équipe a injecté des projections de précipitations futures issues d’un ensemble de simulations climatiques régionales, ainsi que les conditions de marée, pour les années 2016 à 2100. Ils ont étudié deux trajectoires d’émissions de gaz à effet de serre : l’une où les émissions mondiales se stabilisent (RCP 4.5), et une autre où elles continuent de croître fortement (RCP 8.5). Sur onze réalisations climatiques différentes, les deux futurs montrent une augmentation des inondations des nappes phréatiques au fil du temps, mais la trajectoire haute en émissions se distingue. Les périodes de fortes pluies sont devenues plus intenses, le sol a atteint des états plus propices aux inondations plus souvent, et les volumes d’inondation des turloughs ont augmenté plus rapidement, en particulier en hiver et durant les mois « de transition » autour de la saison.

Comment de courtes rafales et l’humidité de fond déclenchent les inondations

L’étude a aussi examiné ce qui déclenche réellement les événements les plus dommageables. En comparant les pics d’inondation avec les totaux de pluie sur les jours et les semaines précédant chaque événement, les auteurs ont constaté que les pluies tombées dans les quelques jours immédiatement avant l’événement sont les plus déterminantes. Les accumulations plus longues jouent toujours un rôle, mais ce sont les rafales courtes et intenses sur un sol déjà humide qui constituent le principal déclencheur. Au fil des décennies, le scénario à fortes émissions a produit des « conditions de départ » visiblement plus humides avant les tempêtes, de sorte que le même type d’averse qui auparavant ne provoquait que des inondations mineures est désormais plus susceptible de générer de grands lacs interconnectés à travers le paysage.

Des motifs dans le temps : quand la mer et le ciel conspirent

Pour voir comment les différentes influences se combinent sur des mois à des décennies, l’équipe a utilisé une technique qui met en évidence les relations à travers plusieurs échelles temporelles. Les précipitations sont apparues comme le principal moteur des inondations des nappes phréatiques dans tous les cas, leur influence se renforçant avec le réchauffement. Les effets de la marée étaient plus faibles mais sont devenus plus importants dans le monde à fortes émissions, en particulier sur des périodes pluriannuelles, car des niveaux de mer plus élevés rendent plus difficile l’évacuation des eaux souterraines vers la mer. L’analyse des événements extrêmes a ajouté un autre signal d’alerte : des tempêtes autrefois attendues une fois par siècle pourraient survenir de l’ordre d’une fois tous les 16 ans d’ici la fin du siècle si les émissions élevées se maintiennent.

Ce que cela signifie pour les habitants et l’aménagement

Pour les habitants, agriculteurs et urbanistes des régions karstiques de plaine, le message est clair. Même sans débordement spectaculaire des rivières, les inondations venues d’en dessous vont probablement devenir plus profondes, plus fréquentes et plus étendues à mesure que la planète se réchauffe, surtout si les émissions restent élevées. L’étude montre que combiner des mesures locales détaillées, un apprentissage machine sophistiqué et des projections climatiques permet d’estimer la fréquence future des inondations dangereuses des nappes phréatiques. Ces connaissances peuvent orienter la conception de routes, d’habitations, de systèmes de drainage et de plans d’urgence qui soient robustes non seulement pour le climat d’aujourd’hui, mais aussi pour les décennies potentiellement beaucoup plus humides à venir.

Citation: Tabbussum, R., Basu, B., Morrissey, P. et al. Projecting groundwater flood risk in a lowland karst system under future climates. Sci Rep 16, 13935 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43701-7

Mots-clés: inondation des nappes phréatiques, paysages karstiques, changement climatique, risque d’inondation, Irlande