Développement d'un modèle hydrologique distribuée construit à partir de l'analyse des données pour la modélisation régionale des bassins Méditerranéens soumis aux crues rapides. Application au bassin versant de l’Ardèche. France

L'objectif scientifique de la thèse est de progresser dans la modélisation hydrologique spatiale régionale dans le contexte de crues éclairs qui représentent l'une des catastrophes naturelles les plus destructrices dans la région Méditerranéenne. L'accent est mis sur les questions de mise à l'échelle des bassins versants et la dérivation des équations et des modèles applicables aux bassins de milieu simplifiées de grande taille pour mieux décrire l'hétérogénéité du paysage et de la complexité du processus. Telles sont les questions clés pour faciliter le modèle mis en place dans le contexte de l'ensemble du bassin versant et d'essayer son application dans les bassins non jaugés trop. Pour répondre à ces questions, une modélisation hydrologique spatiale simplifiée sur les sous-bassins versants est d'abord proposé où les paramètres sont essentiellement tirées de l'information disponible (surtout cartographique). La méthode de Kirchner (WRR, 2009) qui suppose que le débit à la sortie est la seule fonction de stockage du bassin versant, est spécifiquement étudiée dans le cadre des bassins versants Méditerranéens. L'étape suivante consiste à créer un nouveau modèle hydrologique SIMPLEFLOOD distribué sur la base de « top down » méthodologie de Kirchner dans la plateforme de modélisation JAMS. Les paramètres du modèle simple sont estimés à des endroits calibrés et une régionalisation se fait en fonction de la géologie. Le bassin versant est discrétisé en sous-bassins versants d'environ 10 km2. La dernière étape consiste à procéder à un couplage de données avec le modèle hydraulique MAGE 1D développé à IRSTEA HHLY tenir compte des effets de propagation de la rivière sur les hydrogrammes simulés. Le couplage est externe, ce qui signifie que les sorties du modèle hydrologique dans le système de modélisation de JAMS deviennent les entrées du modèle MAGE hydraulique. Les sorties sont les débits qui sont transférés dans le modèle de MAGE soit comme flux latéraux (provenant des terres adjacentes) et /ou entrées d'eau locales. L'application de la thèse est le bassin versant de l'Ardèche (2388 km ²), qui est l'un des sites pilotes français pour le programme international HyMeX (cycle hydrologique dans l'expérience de la Méditerranée, http://www.hymex.org/). La thèse proposée contribue également au projet FloodScale (multi-échelle d'observation hydrométéorologique et de modélisation pour la compréhension et simulation des crues éclairs (http://floodscale.irstea.fr/). L'application de la méthodologie Kirchner (2009) montre que les résultats de simulation des débits sont bonnes pour les bassins de granit, trouvés à être caractérisée principalement par des processus excès de ruissellement et d'écoulement sous la surface de saturation. L'hypothèse simple de système dynamique fonctionne particulièrement bien dans des conditions humides (pics et les récessions sont bien modélisés). D'autre part, la performance du modèle est moins bien représentée à l'été et les périodes de sécheresse où l'évapotranspiration est large et observations de bas-débits sont inexactes. Dans le bassin versant de l'Ardèche, les précipitations simulées correspondent bien à de stations de jaugeage observés et données de réanalyse SAFRAN pendant les périodes de non-végétation. Le modèle doit encore être amélioré pour inclure une représentation plus précise de l'évapotranspiration réelle, mais fournit un résumé satisfaisant du fonctionnement du bassin versant pendant les périodes humides et d'hiver. Le couplage du modèle hydrologique obtenue avec le modèle hydraulique MAGE 1D fournit des résultats satisfaisants mais les résultats sont si réciproques comme dans le cas du modèle hydrologique ou une équation d'onde cinématique simple pour le routage des flux existe. On peut dire que dans les situations ou débordement de la rivière est significative, le couplage serai crucial.