Évapotranspiration : ETP, ETR et bilan hydrique

De tous les flux du cycle de l'eau, le plus massif est aussi le plus invisible. On mesure la pluie qui tombe, on jauge les rivières qui s'écoulent, on surveille les nappes qui baissent ; mais l'eau qui repart vers le ciel, personne ne la voit passer. Sur la France métropolitaine, elle représente pourtant 61 % des précipitations reçues, selon le service statistique du ministère de la Transition écologique (SDES). Ce flux fantôme porte un nom un peu rébarbatif, mais central pour comprendre où va vraiment l'eau : l'évapotranspiration.

Le mot est un mot-valise, et c'est déjà un premier indice sur ce qu'il désigne. Il additionne deux phénomènes que l'on aurait tendance à séparer. D'un côté, l'évaporation : celle du sol, des surfaces d'eau libres, des gouttes interceptées par le feuillage. De l'autre, la transpiration des plantes, qui pompent l'eau du sol par leurs racines et la relâchent sous forme de vapeur par les stomates de leurs feuilles. Comme il est en pratique presque impossible de démêler la part de chacun sur un couvert végétal réel, les hydrologues ont pris le parti de les compter ensemble. D'où ce terme unique qui recouvre un processus double.

Trois sigles pour un même flux : ETP, ET0, ETR#

C'est là que le sujet se corse, et j'avoue que la première fois que j'ai voulu remettre de l'ordre dans ces sigles, j'ai dû relire trois définitions officielles avant que ça tienne. Le vocabulaire distingue en effet ce que l'atmosphère pourrait prélever de ce qu'elle prélève réellement.

L'évapotranspiration potentielle, l'ETP, correspond à l'évapotranspiration maximale d'un couvert végétal quand l'eau du sol n'est pas un facteur limitant. Autrement dit, la demande du climat : si les plantes avaient toute l'eau qu'elles veulent, combien l'énergie disponible (soleil, vent, chaleur, sécheresse de l'air) parviendrait-elle à faire repartir vers le ciel ? L'ETP ne dépend donc que des conditions atmosphériques.

Pour standardiser cette notion, la FAO a introduit l'ET0, l'évapotranspiration de référence. Elle correspond à une culture hypothétique très précisément définie : un gazon de 0,12 mètre de hauteur, une résistance de surface fixe de 70 secondes par mètre, un albédo de 0,23. Cette culture-étalon n'existe nulle part, mais elle sert de mètre-ruban commun à toute la planète.

Vient enfin l'évapotranspiration réelle, l'ETR, définie par le SDES comme le volume d'eau qui retourne effectivement à l'atmosphère par évaporation (sol, cours d'eau, plans d'eau) et par transpiration des végétaux, sur un territoire et une période donnés. La nuance avec l'ETP est le cœur du sujet : l'ETR intègre l'eau réellement disponible dans le sol. Quand la sécheresse s'installe et que le sol se vide, les plantes ferment leurs stomates, la transpiration chute, et l'ETR décroche sous l'ETP. L'écart entre les deux mesure, en creux, le manque d'eau. C'est exactement le mécanisme qui relie ce concept au stress hydrique : là où l'eau manque, l'évapotranspiration réelle plonge sous la demande climatique.

Comment mesure-t-on ce qui s'échappe ?#

Un flux qu'on ne voit pas, ça se mesure comment ? Historiquement, par pesée. Le lysimètre reste l'instrument le plus direct : un bac étanche rempli d'un sol couvert de végétation, dont on suit la variation d'eau par pesée et dont on récupère l'eau drainée vers le fond, pour en déduire par différence ce qui s'est évaporé. Plus rustique, le bac d'évaporation mesure l'évaporation d'une simple surface d'eau libre, qu'on corrige ensuite par un coefficient pour approcher l'ETP.

Mais l'essentiel du travail se fait aujourd'hui par le calcul. La méthode de référence internationale est la formule de Penman-Monteith, retenue par la FAO dans son fameux document technique de 1998 (le FAO-56), qui combine rayonnement net, température, vent et déficit de pression de vapeur. D'autres formules plus anciennes, moins gourmandes en données, restent enseignées et utilisées : celle de Thornthwaite, qui ne réclame que la température moyenne mensuelle et la latitude ; celle de Turc, valable quand l'humidité relative dépasse 50 %. À l'échelle du pays, Météo-France s'appuie sur une chaîne de modélisation baptisée SIM2 (Safran-Isba-Modcou) : le module Isba simule les transferts d'eau et de chaleur entre le sol, la végétation et l'atmosphère au pas de temps de cinq minutes, et en tire une évapotranspiration réelle à une résolution de 8 kilomètres sur la métropole. On est loin du bac dans le jardin.

Ce que le bilan hydrique révèle sur la France#

Là où l'évapotranspiration pèse le plus lourd, c'est quand on la replace dans le bilan hydrique d'un territoire. L'équation est d'une simplicité trompeuse : les précipitations se répartissent entre l'évapotranspiration qui repart vers l'atmosphère, le ruissellement de surface et l'infiltration qui recharge les nappes. Tout ce qui ne s'évapore pas devient, potentiellement, ressource disponible.

Or les chiffres du SDES pour la période 1990-2018 sont sans appel. La France métropolitaine reçoit en moyenne 930 mm de précipitations par an, soit 510 milliards de mètres cubes. Sur ce total, 61 % repartent par évapotranspiration, ce qui représente 312 milliards de mètres cubes par an. En convertissant grossièrement ce volume par la superficie du pays, on obtient de l'ordre de 570 mm par an, mais je préfère m'en tenir au chiffre officiel, le pourcentage, car cette hauteur en millimètres est un calcul dérivé, pas une valeur publiée telle quelle. Le flux interne, cette part des précipitations qui alimente réellement les écoulements et les nappes après infiltration, ne pèse pour sa part que 198 milliards de mètres cubes, environ 360 mm. Formulé autrement : sur dix gouttes qui tombent, à peine quatre restent disponibles, six sont déjà reparties.

Et la tendance de fond ne rassure pas. Sur la période 1959-2018, une hausse de l'évapotranspiration est mise en évidence dans la quasi-totalité des sous-bassins français, 32 sur 34, avec une augmentation significative de la moyenne pour 30 d'entre eux. Paradoxalement, plus il fait chaud, plus l'atmosphère réclame d'eau au sol, et plus la ressource nette se rétracte. Le SDES chiffre d'ailleurs le décrochage : la ressource en eau renouvelable est passée de 229 milliards de mètres cubes par an sur 1990-2001 à 197 sur 2002-2018, tandis que l'évapotranspiration progressait de 3 % à partir de 1999. Ce basculement rejoint la logique que je détaillais à propos de l'eau verte et de l'eau bleue : une part croissante de la pluie est captée par le sol et la végétation avant même d'atteindre rivières et nappes.

L'angle agricole : quand la demande devient un besoin#

Pour l'agriculture, cette demande climatique se traduit en besoin concret. La FAO relie les deux par un coefficient cultural, le Kc : l'évapotranspiration d'une culture donnée (l'ETc) s'obtient en multipliant l'ET0 de référence par ce Kc, qui varie selon le stade de développement de la plante, du semis à la récolte. Un blé affiche par exemple un Kc de mi-saison autour de 1,15, un maïs grain autour de 1,20.

Traduit en volumes réels sur le terrain français, et sans stress hydrique, Arvalis estime qu'un maïs consomme en moyenne 500 mm d'eau sur son cycle complet, un blé tendre ou dur environ 435 mm. Ces ordres de grandeur disent tout de l'enjeu : ils désignent l'eau que la culture prélèvera de toute façon, par la racine puis par la feuille, que la pluie la fournisse ou que l'irrigation vienne combler l'écart. C'est cette même eau, invisible et continue, qui manque aux plantes adaptées à la sécheresse et qui les a poussées, sur le temps long de l'évolution, à réduire drastiquement leur transpiration.

À l'échelle mondiale, l'ordre de grandeur reste cohérent : l'Encyclopédie de l'environnement estime qu'environ deux tiers des précipitations continentales, soit près de 490 mm par an sur une moyenne de 758 mm, repartent par évapotranspiration, avec de fortes disparités, de quasi rien sur les zones arides jusqu'à 1300 mm par an sous les forêts tropicales.

Faut-il en conclure que l'évapotranspiration est l'ennemie de la ressource ? Ce serait aller trop vite. Elle est d'abord le moteur du cycle de l'eau lui-même, sans lequel il n'y aurait ni nuages ni pluie. Le vrai signal à surveiller n'est pas le flux en soi, mais son emballement : une atmosphère qui se réchauffe réclame chaque année un peu plus d'eau au sol, et la question, celle qu'aucun modèle ne tranche encore vraiment, reste de savoir jusqu'où nos sols pourront répondre à cette demande sans se vider.