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Hydrologie. Les outils de modélisation sont-ils adaptés au contexte méditerranéen ?

(c) C. Saint-Martin / Irstea

07/08/2017

Face aux pressions accrues sur la ressource en eau, aux changements globaux, et aux spécificités de la région méditerranéenne, que savons-nous aujourd’hui du comportement des bassins versants méditerranéens ? À travers une analyse de 140 études, des chercheurs français et libanais, dont 3 d’Irstea, décryptent les tendances récentes et questionnent les approches de modélisation utilisées pour gérer la ressource en eau, en vue de les optimiser. Un travail innovant, distingué par le Prix Tison 2017 de l’Association Internationale des Sciences Hydrologiques (AISH). 

Pour prévoir les crues et étiages, et gérer la ressource en eau, chercheurs et gestionnaires utilisent différents outils d’estimation et de simulation des débits des cours d’eau. Or, ces outils sont davantage performants lorsqu’ils prennent en compte les caractéristiques de la dynamique hydrologique du bassin étudié. De fines connaissances sur les comportements des bassins sont donc nécessaires pour paramétrer les modèles, notamment dans les régions complexes comme la région méditerranéenne, caractérisée par des ressources en eau limitées, des étés secs, et des épisodes de pluies extrêmes provoquant des phénomènes de crues rapides.

Quelles sont les tendances observées dans cette région ? Des outils de modélisation spécifiques sont-ils pertinents ? Une équipe de chercheurs, dont 3 d’Irstea[1], a passé en revue 140 études menées ces 20 dernières années, pour identifier les caractéristiques clés de la dynamique des bassins à différentes échelles temporelles (bilan annuel, inondations et sécheresses), et comparer les méthodes de modélisation employées.

Des réponses hydrologiques très hétérogènes dans le temps et l’espace

L’analyse met en évidence une diversité de réponses des bassins versants méditerranéens, notamment en raison des conditions climatiques, et de la variabilité spatio-temporelle des précipitations et de leur intensité. Ainsi, si 60% des bassins sont en situation de stress hydrique, les bassins du nord-ouest (du Portugal à l’Albanie) ont un indice d’aridité moins élevé que ceux situés au sud (de la Tunisie au Maroc) et présentent des débits moyens supérieurs. Les caractéristiques des bassins de l’est (de la Grèce aux territoires palestiniens) sont quant à eux plus nuancées. Enfin, la zone nord-ouest concentre bien plus d’épisodes de pluies extrêmes (en particulier du sud-est de l’Espagne à l’Italie) que les autres zones, pouvant atteindre 600 mm en 24 heures.

Peu de modèles hydrologiques ont été spécifiquement développés pour cette région. Les modèles classiques sont efficaces pour reproduire la dynamique globale d’un bassin, mais leur performance pour modéliser un phénomène pluvieux ou de sécheresse à l’échelle du bassin versant est limitée, en particulier dans les petits bassins, et des incertitudes dans la prédiction persistent. Par exemple, le modèle TOMODEL prend en compte le processus de ruissellement par excès de saturation pour simuler les débits, mais il n’intègre pas dans ses paramètres, l’écoulement par dépassement de la capacité d’infiltration, accentué par la forte intensité des précipitations en région méditerranéenne. Optimiser la fiabilité des modèles implique de disposer de données précises sur l’humidité des sols et la répartition spatiale et temporelle des précipitations dans la région, des données aujourd’hui manquantes. En effet, la majorité des études hydrologiques porte sur les bassins du nord-ouest de la région tandis que les bassins situés au sud et à l’est sont peu analysés. 

Guider la recherche en hydrologie méditerranéenne

6 perspectives de recherche sont identifiées par les auteurs pour faire face à ces limites :

  • Renforcer les connaissances sur les comportements des bassins, en particulier dans le sud et l’est de la région,
  • Améliorer les dispositifs de mesures pour obtenir des données plus fines, notamment sur les réponses hydrologiques en crues et à l’étiage,
  • Mener des études à l’échelle de la région méditerranéenne,
  • Poursuivre les recherches sur l’impact des changements globaux (changements climatiques, occupations des sols) sur la dynamique des bassins,
  • Améliorer la modélisation des bassins versants inférieurs à 100km2, où certains processus hydrologiques ne sont pas pris en compte par les modèles classiques,
  • Développer des modèles qui tiennent compte des variabilités spatiales et temporelles des réponses hydrologiques, notamment en zones urbaines, péri-urbaines et karstiques.

La qualité scientifique de cette méta-analyse[2] a été saluée par le Prix Tison 2017 de l’Association Internationale des Sciences Hydrologiques (AISH), qui récompense chaque année, depuis 30 ans, des jeunes chercheurs pour la publication d’un papier exceptionnel. Il distingue une fois de plus l’excellence de la recherche Irstea en hydrologie, puisqu’en 2016, 2 scientifiques d’Irstea avaient reçu ce prix. Le Prix Tison 2017 a été remis à Mohammad Merheb, ancien doctorant Irstea au sein de l’UMR TETIS, lors de l’Assemblée scientifique de l’association, le 13 juillet dernier en Afrique du Sud.

« Ce prix est une belle opportunité, qui je l’espère, favorisera la visibilité de mes futurs travaux au sein de la communauté scientifique » souligne Mohammad Merheb. « Ces recherches seront fidèles au thème de l’article lauréat du prix Tison et se focaliseront sur l’hydrologie méditerranéenne et plus particulièrement du Liban », poursuit-il. Un début de carrière prometteur.

En savoir plus

[1] Mohammad Merheb, Charles Perrin et Nicolas Baghdadi

[2] Mohammad Merheb, Roger Moussa, Chadi Abdallah, François Colin, Charles Perrin & Nicolas Baghdadi (2016) Hydrological response characteristics of Mediterranean catchments at different time scales: a meta-analysis, Hydrological Sciences Journal, 61:14, 2520-2539, DOI: 10.1080/02626667.2016.1140174