Climatologie appliquée
La climatologie appliquée constitue l’un des nombreux sous-domaines de la géographie. Elle recouvre, au sens large, l’étude du climat dans la perspective des relations entre les sociétés humaines et leur environnement. Depuis une vingtaine d’années, le domaine principal d’étude de la climatologie appliquée concerne les changements climatiques, leurs causes, y compris d’origine humaine, ainsi que leurs conséquences. Celles-ci touchent, directement et indirectement, l’environnement naturel, cultivé et construit, et finalement les sociétés et leurs fonctionnements.
La climatologie appliquée se trouve ainsi par définition à l’interface entre les sciences naturelles et les sciences humaines. Son champ d’application est large et se prête particulièrement bien aux recherches interdisciplinaires. Les recherches de l’équipe de climatologie appliquée à l’IGG concernent principalement l’étude des changements climatiques en Suisse et en Europe. Elles consistent à analyser l’évolution des paramètres climatiques afin d’en comprendre d’une part les mécanismes et l’ampleur, et d’autre part d’évaluer leurs conséquences pour différents domaines. Ceux-ci peuvent s’étendre des écosystèmes forestiers jusqu’au tourisme dans les régions de montagne.
En Suisse, nous disposons de séries continues de données météorologiques de grande qualité, pour certaines d’entre elles remontant à la fin du XIXe siècle. Outre les données de MétéoSuisse, comprenant l’excellente station de Neuchâtel, nos recherches mettent également à profit les données de l’Institut fédéral de recherches WSL concernant la neige (mesures du SLF) et celles du réseau LWF (Recherche à long terme sur les écosystèmes forestiers). Nos publications scientifiques récentes se répartissent ainsi dans trois volets principaux :
- L’analyse de l’évolution et des mécanismes régissant les paramètres climatiques dans des circonstances particulières, comme par exemple les vagues de chaleur où les données suisses permettent entre autres de comprendre les interactions avec le relief.
- L’analyse de l’évolution des paramètres climatiques sous couvert forestier en fonction du type d’écosystème forestier, de l’altitude, de l’orientation, de la saison ou du moment de la journée.
- L’analyse de l’évolution des paramètres climatiques, susceptibles de jouer un rôle pour certaines activités humaines comme les loisirs et le tourisme, où l’intérêt porte par exemple sur l’impact de l’augmentation des températures sur l’enneigement en fonction de l’altitude.
1. Résumé du projet
Ce projet de recherche en climatologie appliquée a pour but la description et compréhension du microclimat de la vallée de La Brévine. Cette région de moyenne montagne présente en effet des caractéristiques climatiques très particulières, dues à sa topographie qui entraîne des accumulations d’air froid dans certaines situations météorologiques. Les extrêmes de températures pouvant être atteints dans la région sont connus grâce à la station de MétéoSuisse située dans le village. Le présent projet vise à mettre en évidence la répartition spatio-temporelle des lacs d’air froid dans cette région, et à permettre de mieux prévoir leurs impacts, notamment sur la végétation locale.
Cette étude comporte deux étapes principales. La première s’est déroulée sur le terrain en automne 2014, et a consisté à installer 46 stations de mesure de la température réparties sur trois gradients altitudinaux le long des deux versants de la vallée, ainsi que quelques stations ponctuelles en amont et en aval de ceux-ci. La deuxième partie comprend la récolte et l’analyse des données mesurées. Ce travail est effectué par Geoffrey Klein, assistant-doctorant à l’Institut de Géographie de l’Université de Neuchâtel, avec le soutien de Yann Vitasse, post-doctorant à l’Université de Neuchâtel et sous la supervision de Martine Rebetez, Professeure ordinaire en climatologie appliquée .
2. Contexte scientifique
Géographie de la vallée de La Brévine
Située dans le massif jurassien du canton de Neuchâtel, cette vallée possède une longueur totale d’une vingtaine de kilomètres avec une altitude le long du talweg oscillant entre 1030 et 1090m environ. Elle est bordée d’un côté par une crête montagneuse (frontière française) dont l’altitude est comprise entre 1070 et 1270m, et de l’autre par un haut plateau (1100-1300m). Aucune rivière d’importance significative ne traverse la vallée. En revanche, on y trouve un petit lac d’une superficie de 0.48km² (Lac des Taillères). L’orientation Sud-Ouest/Nord-Est de la vallée suit celle du massif du Jura.
Climat de la vallée de La Brévine
Cette vallée est caractérisée par un climat très spécifique dont les valeurs sont connues grâce à la station de mesures de MétéoSuisse. Il n’est pas rare d’y rencontrer des températures inférieures de 10°C ou davantage à celles des villages avoisinants. Cette situation peut se rencontrer toute l’année, mais est particulièrement fréquente en période hivernale, combinée à d’autres paramètres. La vallée de La Brévine connaît ainsi des températures extrêmement basses les nuits d’hiver: on y mesure régulièrement des valeurs inférieures à -20 voire -30°C. Le 12 Janvier 1987, la station météorologique a enregistré -41.8°C, constituant le record historique de froid pour le pays (MétéoSuisse, cf. note en référence). Cette situation vaut à cette vallée son surnom de « petite Sibérie suisse ». Elle survient lors de conditions atmosphériques stables (hautes pressions) et sans vent. L’air froid (plus dense que l’air chaud) descend et s’accumule au fond de la vallée. D’après les observations de Max Bouët (1972), dans la vallée de La Brévine, le lac d’air froid se forme en général entre le hameau de la Bouille et celui du Quartier, sur en moyenne 20,3km de long, 1,5km de large et 54m de profondeur.
3. Matériel installé
Chacune des 46 stations est composée d’une sonde, permettant la mesure et l’enregistrement des données de température (toutes les 15 minutes). Le modèle choisi est la sonde « HOBO Pro v2 U23-004« , en raison de sa précision de mesure et de sa fiabilité, notamment lors de conditions météorologiques extrêmes. Cela en fait actuellement l’une des meilleures du marché. Chaque sonde est protégée par un abri anti-radiations normalisé, afin d’assurer une mesure la plus précise possible. Chaque abri est fixé sur un mât en bois, à environ deux mètres au-dessus du sol.
4. Emplacements des stations
Les 46 stations sont réparties de deux façons : 6 dispersées de façon homogène le long du talweg de la vallée, 36 selon trois gradients altitudinaux le long des 2 versants, et 4 en bordure de vallée dans des potentielles « zones froides ». L’un des gradients est placé en fonction de la station MétéoSuisse. Les dénivelés pour les gradients sur le versant Sud de la vallée sont respectivement de 40m, 100m et 70m contre 160m, 110m et 250m sur le versant Nord. La station la plus basse se situe dans la vallée à 1033m d’altitude, tandis que la plus élevée est installée au Crêt du Cervelet à 1293m. Les stations le long des gradients sont placées tous les 10 à 15m de dénivelé sur chaque versant (pour les 50 premiers mètres au minimum), afin de mesurer précisément l’accumulation d’air froid en permettant l’élaboration d’un profil vertical de température.
5. Calendrier du projet
6. Références
Bouet M , Oguey P (1972) Climat et météorologie de la Suisse romande. Editions Payot, Lausanne.
MétéoSuisse (Records météorologiques/climatologiques en Suisse, état février 2013)
« La série de mesures de La Brévine (température minimale et maximale) a été homogénéisée en 2011. D’après les standards actuels, la température minimale de -41.8 °C mesurée le 12 janvier 1987 correspondrait à une valeur de -42.5 °C. La différence provient du changement de la station de mesure, autrefois faite manuellement en une station automatique en octobre 1997. »
Quel sont les impacts des changements climatiques sur les insectes ravageurs en Suisse ? Tel est l’objet de ce projet de thèse en climatologie appliquée actuellement en cours à l’Université de Neuchâtel.
Contexte
Dans le contexte des changements climatiques actuels, les insectes ravageurs constituent un enjeu particulièrement important pour les forêts, ainsi que pour l’agriculture. Le climat n’influence pas uniquement les arbres, mais également toutes les espèces vivant au sein des écosystèmes forestiers et agricoles. Parmi elles, les insectes sont particulièrement sensibles aux variations climatiques. Certaines espèces pourraient augmenter leur taux de reproduction et agrandir leur aire de répartition, vers des latitudes et des altitudes plus élevées. Ainsi, les ravageurs pourraient exercer une pression plus grande dans les décennies à venir. L’arrivée d’espèces ravageuses exogènes
augmente encore le danger.
Épicéas victimes du Bostryche typographe. © Beat Wermelinger
Objectifs
Cette recherche se base sur les connaissances entomologiques et botaniques les plus récentes afin de déterminer comment les paramètres climatiques dont dépendent certaines espèces de ravageurs ont évolué au cours des dernières décennies. Elle présente également des projections pour la suite du XXIe siècle, basées sur des scénarios climatiques. Le projet se structure en trois axes, combinant différentes saisons et échelles géographiques :
- Étude des températures minimales hivernales en Suisse et de leur influence sur la survie de certaines espèces de ravageurs durant la diapause.
- Impacts des changements climatiques sur les principaux ravageurs de la vigne dans la région neuchâteloise.
- Étude des températures durant la saison de développement des ravageurs en Suisse, et de leur influence sur la phénologie et le nombre de générations potentielles des ravageurs.
Évolution du nombre de jours sensibles pour la mineuse de la tomate (Tmin<0°C), la punaise verte du soja (Tmin<-8°C), la processionnaire du pin et le puceron vert de l’épicéa (Tmin<-12°C) en Suisse
L’équipe de climatologie appliquée de l’Université de Neuchâtel collabore avec la Ville de Neuchâtel dans le cadre du projet d’adaptation aux changements climatiques intitulé « Serrières, vers une fraîcheur de vivre ». Une vingtaine de capteurs de température ont été installés dans le quartier de Serrières ainsi que dans le reste de la Ville afin de repérer et de quantifier les effets d’îlot de chaleur urbain. Nous étudions en particulier l’impact de la morphologie urbaine, de la végétation ainsi que du lac et des cours d’eau sur ces îlots de chaleur.
Ce projet est soutenu par l’Office fédéral de l’environnement dans son programme pilote d’adaptation aux changements climatiques.
Évolution de la température à Neuchâtel lors de la journée la plus chaude de l’année 2018 pour différents types de station.
Ce projet s’inscrit dans le cadre du Programme pilote « Adaptation aux changements climatiques » de l’Office fédéral de l’environnement.
Le vignoble neuchâtelois
C’est un petit vignoble (600 ha) composé majoritairement de Pinot noir (55%) et de Chasselas (27%) (Cartillier 2018).
Figure 1 : Emplacement des vignes et des stations météorologiques utilisées pour le projet
Objectifs du projet
Cette thèse en climatologie appliquée a eu pour but de déterminer les conditions climatiques au-delà desquelles la viticulture dans la région neuchâteloise devra s’adapter compte tenu des changements climatiques récents et futurs. Il s’agissait d’abord d’évaluer les implications des changements climatiques sur le vignoble neuchâtelois en se basant sur différents indices bioclimatiques pour des échéances passées et présentes et futures.
L’importance de la réalisation d’études à petite échelle (Ramos Martín, Jones and Yuste 2018, Pons et al. 2017, de Cortazar Atauri et al. 2016) qui prennent en considération les vitivinicultrices et vitiviniculteurs ayant été démontrée (Boyer 2016), le deuxième objectif de ce projet était de fournir un aperçu du climat qui caractérisera le vignoble neuchâtelois dans les décennies à venir. Le but est donc d’aider la profession vitivinicole à anticiper des méthodes d’adaptation aux changements climatiques. Des réunions annuelles ont été organisées afin de présenter l’avancement du projet et de discuter des résultats obtenus avec celle-ci. Un site internet est en construction. Il a pour but de rendre accessible les résultats obtenus. Des résultats ont été produits sous la forme de cartes détaillées du climat au travers des indices bioclimatiques relatifs au vignoble, pour des périodes passées, présentes et futures.
Résumé des travaux de recherche entrepris
Plusieurs analyses ont été produites avec différents outils statistiques pour la période historique mais également dans des perspectives futures, à l’aide de deux scénarios d’émissions de gaz à effet de serre (RCP4.5 et RCP8.5). Les indices bioclimatiques pertinents pour la viticulture ont été analysés pour le vignoble, soit la température moyenne de la période végétative (GST) (Jones, 2006), l’indice héliothermique de Huglin (Huglin, 1978), l’indice de fraicheur des nuits (Tonietto & Carbonneau, 2004) et l’inde de fraicheur des nuits d’avant vendange (Comte et al., 2021). Les autres outils utilisés concernent des seuils climatiques critiques pour la viticulture. On a ainsi analysé les tendances futures du vignoble neuchâtelois à rencontrer des journées estivales où des températures élevées (Tmax>30°C) et très élevées (Tmax>35°C) sont atteintes. Ces seuils sont particulièrement problématiques pour la viticulture. Le risque de gel printanier a également fait l’objet d’analyses, comme les ravageurs viticoles. Pour ceux-ci des modèles spécifiques à l’eudémis et à la cicadelle de la vigne ont été utilisés.
Articles publiés
Comte, V., Schneider, L., Calanca, P., and Rebetez, M. (2022) Effects of climate change on bioclimatic indices in vineyards along Lake Neuchatel, Switzerland. Theoretical and Applied Climatology, Vol. 147, Issue 1, Pages 423-436. https://doi.org/10.1007/s00704-021-03836-1.
Comte, V., Schneider, L., Calanca, P., Zufferey, V. and Rebetez, M. (2023) Future climatic conditions may threaten adaptation capacities for vineyards along Lake Neuchâtel, Switzerland. OENO One, Vol. 57, Issue 2, Pages 85-100. https://doi.org/10.20870/oeno-one.2023.57.2.7194.
Bibliographie
Boyer, J. (2016) L’implication des acteurs de la recherche dans les processus d’adaptation au changement climatique: l’exemple des régions viticoles françaises. Innovations, 147-171.
Cartillier, S. 2018. Année viticole 2017. 1-15. Station viticole cantonale de Neuchâtel.
Croci-Maspoli, M., C. Schär, A. Fischer, K. Strassmann, S. Scherrer, C. Schwierz, R. Knutti, S. Kotlarski, J. Rajczak, E. Fischer & D. Bresch. 2018. CH2018 – Climate Scenarios for Switzerland – Technical Report. Zurich: National Centre for Climate Services.
de Cortazar Atauri, I. G., E. Duchêne, A. Destrac, G. Barbeau, L. De Resseguier, T. Lacombe, A. K. Parker, N. Saurin & C. Van Leeuwen (2016) Grapevine phenology in France: from past observations to future evolutions in the context of climate change. OENO One, 51, 115-126.
Huglin, P. & C. Schneider. 1998. Biologie et écologie de la vigne. Paris: TecDoc.
Pachauri, R. K., M. R. Allen, V. R. Barros, J. Broome, W. Cramer, R. Christ, J. A. Church, L. Clarke, Q. Dahe & P. Dasgupta. 2014. Climate change 2014: synthesis report. Contribution of Working Groups I, II and III to the fifth assessment report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. IPCC.
Pons, A., L. Allamy, A. Schüttler, D. Rauhut, C. Thibon & P. Darriet (2017) What is the expected impact of climate change on wine aroma compounds and their precursors in grape? OENO One, 51, 141-146.
Ramos Martín, M. C., G. V. Jones & J. Yuste (2018) Phenology of Tempranillo and Cabernet-Sauvignon varieties cultivated in the Ribera del Duero DO: observed variability and predictions under climate change scenarios. OENO One, 52, 31-44.
La viticulture neuchâteloise face aux changements climatiques
Station de mesure dans le vignoble, Auvernier. ©Valentin Comte
Objectif
Cette étude porte sur les impacts des changements climatiques sur la viticulture dans la région de Neuchâtel. Elle analyse l’évolution de différents indicateurs bioclimatiques depuis les années 1970 jusqu’à la période actuelle. Elle trace également des perspectives jusqu’à la fin du XXIe siècle, en utilisant plusieurs scénarios climatiques. Ainsi, elle vise à servir de soutien pour adapter la viticulture face aux changements climatiques actuels et futurs.
Zone d’étude
Le vignoble neuchâtelois s’étend le long du littoral sur environ 600 hectares, et est composé majoritairement de Pinot noir (55%) et de Chasselas (27%). Dans le cadre de l’étude, 25 capteurs de température ont été placés dans le vignoble et au-dessus, afin de modéliser le climat local de façon précise.
Emplacement des vignes et des stations météorologiques utilisées pour le projet.
Principaux résultats
Température moyenne de la période végétative
Évolution de la température moyenne pendant la période végétative (avril-octobre) à la station MétéoSuisse de Neuchâtel, 1900-2020. Les conditions idéales pour le Pinot noir (PN) sont indiquées en rouge, et pour le Merlot (MN) en violet.
Indice de Huglin
Évolution de l’indice héliothermique de Huglin sur le littoral neuchâtelois entre (a) les années 1970 et (b) les années 2010.
- La température moyenne de la période végétative a augmenté d’environ 2,5°C sur les 50 dernières années.
- L’indice de Huglin a augmenté de 400 HI en moyenne.
- Ainsi, le littoral neuchâtelois est passé d’un climat viticole froid à un climat viticole intermédiaire.
Tendances future
Évolution de la température moyenne pendant la période végétative (GST) et l’indice de Huglin (HI) à la station MétéoSuisse de Neuchâtel entre 1970 et 2100. Pour la période 2021-2100, un scénario d’émissions modérées de gaz à effet de serre est présenté en vert (RCP4.5) et un scénario d’émissions élevées de gaz à effet de serre est présenté en rouge (RCP8.5).
- Quel que soit le scénario climatique considéré, on s’attend à un réchauffement au moins jusqu’au milieu du XXIe siècle.
- Dans un scénario d’émissions de gaz à effet de serre modéré, le climat viticole pourrait se stabiliser dans un climat « tempéré » / « tempéré chaud » dans la 2e moitié du XXIe siècle.
- Dans un scénario d’émissions de gaz à effet de serre élevé, le climat viticole entrerait dans la catégorie climatique « chaude » dans la 2e moitié du XXIe siècle.
Fortes chaleurs
Évolution du nombre de jours avec une température maximale au-dessus de 30°C (haut) et au-dessus de 35°C (bas) à la station MétéoSuisse de Neuchâtel entre 1970 et 2100. Pour la période 2021-2100, un scénario d’émissions modérées de gaz à effet de serre est présenté en vert (RCP4.5) et un scénario d’émissions élevées de gaz à effet de serre est présenté en rouge (RCP8.5).
- Les épisodes de chaleur au-dessus de 30°C ont déjà augmenté en fréquence dans les 50 dernières années, tandis que les épisodes au-dessus de 35°C restent exceptionnels.
- Quel que soit le scénario considéré, ces épisodes devraient augmenter en fréquence dans les prochaines décennies, y compris au-dessus de 35°C.
- Les températures au-dessus de 30°C affectent particulièrement les cépages adaptés aux climats frais ou intermédiaires, tels que le Pinot noir. Les températures au-dessus de 35°C affectent l’ensemble des cépages.
Risque de gel printanier
- Nous avons analysé l’évolution du nombre de jour entre le dernier épisode de gel printanier et le débourrement du Pinot noir à Neuchâtel.
- Quel que soit le scénario climatique considéré, nos résultats montrent un risque de gel stable entre les 50 dernières années et la période 2021-2100.
- Ainsi, l’augmentation des températures ne réduit pas le risque de dégâts dus au gel, en raison d’un développement phénologique plus précoce que par le passé.
Conclusions générales
- Le climat viticole neuchâtelois s’est significativement réchauffé durant les 50 dernières années, avec des conséquences positives pour la viticulture.
- La tendance à la hausse devrait se poursuivre dans les prochaines décennies. Ainsi, l’implantation de cépages plus thermophiles que le Pinot noir constitue une adaptation possible à terme.
- La culture des cépages actuels devra s’adapter, notamment face à des étés plus chauds et secs. Elle pourrait aussi se faire à des altitudes plus élevées dans le futur.
Valentin COMTE
Geoffrey KLEIN
Martine REBETEZ
Léonard SCHNEIDER
Yann VITASSE
