Vous êtes

Sélectionner

Réduire la taille texte Rétablir la taille du texte par défaut Agrandir la taille du texte Partager cette page Favoris Courriel Imprimer

Modèles hydrologiques de prévision : vers une meilleure anticipation des étiages ?

La Garonne en aval de Toulouse, en condition d'étiage © A. Dutartre / Irstea

26/06/2014

Assurer la bonne gestion d’un bassin versant en période d’étiages nécessite des modèles hydrologiques de prévision efficaces et précis. En appui aux gestionnaires, Irstea a piloté une étude comparative inédite de 5 modèles hydrologiques français, réunissant pour l’occasion des acteurs de la recherche et des services opérationnels. Focus sur le projet PREMHYCE.

L’étiage, période de l’année où les débits des cours d’eau sont les plus faibles, présente de nombreux enjeux de gestion :

  • au niveau environnemental, il faut maintenir de l’eau en quantité et qualité suffisante pour le maintien de la vie aquatique,
  • au niveau socio-économique, il faut pouvoir faire face à la demande en eau (alimentation en eau potable, irrigation, industries, …) et éviter d’atteindre les seuils critiques.

Pour aider les gestionnaires des bassins versants à gérer la ressource, les chercheurs développent des modèles hydrologiques de prévision qui permettent de transformer des données de précipitations et de températures en débit dans les rivières. Cependant, contrairement aux crues largement étudiées, la prévision des étiages reste encore peu traitée. En cause, la difficulté de prévoir les débits pour de longues échéances (quelques semaines à quelques mois) en raison de nombreuses sources d’incertitudes. Parmi elles, les conditions météorologiques futures (pluies et températures notamment), dont la prévision reste délicate actuellement à de telles échéances.

Depuis 2011, Irstea, en collaboration avec l’ONEMA et la Direction de l’eau et de la biodiversité du Ministère de l'Ecologie, du développement durable et de l'énergie, a piloté une étude comparative inédite de modèles hydrologiques. De précieux outils pour les gestionnaires, à optimiser.

Une évaluation comparative inédite

"Difficile pour un utilisateur de savoir quels modèles de prévision utiliser ; chaque institut de recherche développe son propre modèle qu’il utilise pour des objectifs définis… Ainsi aujourd’hui, avec des perspectives à long terme de diminution de la ressource en eau disponible en contexte de changement climatique, on observe une forte demande de la part des services opérationnels", souligne Pierre Nicolle, ingénieur d’étude en hydrologie au sein de l’équipe Hydrologie des bassins versants du centre Irstea d’Antony. 

Face à ce besoin, une étude comparative de 5 modèles hydrologiques français opérationnels ou pré-opérationnels a été menée dans le cadre du projet PREMHYCE [1], piloté par Irstea. Acteurs de la recherche et services opérationnels ont confronté leurs besoins et expériences de terrain. Le projet a ainsi permis de dégager les forces et les faiblesses de chaque modèle ; l’enjeu n’étant pas de dégager un modèle « idéal », mais bien de faire une évaluation jusque-là inédite en France. Et d’améliorer, in fine, la prévision des étiages.

35 bassins versants, répartis sur le territoire métropolitain et en outre-mer, ont été sélectionnés avec l’aide des services hydrométriques des Directions régionales de l’environnement : 24 bassins naturels, c’est-à-dire peu ou pas influencés par l’activité humaine, dont 2 situés à la Réunion ; et 11 bassins influencés, essentiellement par des barrages et des prélèvements pour l’irrigation. "L’idée était de voir comment les modèles prenaient en compte ces influences. Les 2 sites en outre-mer présentaient l’intérêt d’avoir des climats et des réponses hydrologiques très différentes de celles rencontrées en métropole", explique Pierre Nicolle.

Quid des 5 modèles ? "Chaque partenaire a pu tester son propre modèle et voir comment il se situait par rapport aux autres afin, pourquoi pas, d’envisager des améliorations…". A Irstea, il s’agissait du modèle GR6J, développé dans le cadre d’une thèse [2].

Les chercheurs ont disposé de données de pluie, de températures, … de 1974 à 2010 ; auxquelles se sont ajoutées les données de barrages (variation des volumes d’eau stockés) et de prélèvements pour les bassins influencés. Des données sensibles, parfois difficiles à récupérer…

Vers un multi-modèle ?

Pas de surprise à l’arrivée : aucun modèle ne se révèle meilleur que les autres ; chacun ayant donné des résultats proches en simulation des débits ou en prévision. Cependant, les résultats dépendaient beaucoup des sites étudiés, et c’est là toute la difficulté : "C’est encore difficile de relier les performances d’un modèle aux caractéristiques physiques d’un bassin : est-ce mieux sur un gros bassin ou un petit, par exemple ?", analyse Pierre Nicolle. La prévision à long terme est également toujours difficile.

Combiner les 5 modèles hydrologiques peut-il alors permettre d’améliorer les simulations et prévisions de débits et ainsi obtenir des données de sortie plus précises ? En toute logique, oui… Sur l’ensemble des bassins versants testés, la combinaison des 5 modèles est globalement meilleure que les modèles pris individuellement. Déjà utilisée pour d’autres applications, l’approche multi-modèle a été testée par les chercheurs et pour Pierre Nicolle, "le multi-modèle se révèle plus robuste : si un modèle est pris en défaut sur un site, le fait de combiner les sorties de modèles peut être efficace. Mais ce n’est en rien un outil miracle."

Au-delà des résultats, le projet a surtout permis de confirmer des besoins et de dégager certaines perspectives de développements, autant du point de vue de la recherche que de l’opérationnel : améliorer le lien entre les modèles de prévision des étiages et les prévisions météorologiques à moyenne échéance ou encore profiter de l’expérience en prévision des crues pour la mise en œuvre d’outils. A Irstea, l’équipe Hydrologie des bassins versants travaille également au développement de modèles et méthodes de prévision des crues ; une synergie pourrait s’opérer…

D’ici là, un projet de plateforme opérationnelle devrait voir le jour d’ici 2015, concrétisant les objectifs de départ du projet PREMHYCE. L’idée ? Proposer aux gestionnaires un outil de prévision basé sur les cinq modèles hydrologiques pour les tester, les combiner, … selon leurs besoins et objectifs de gestion. Du concret donc, très bientôt.

Les résultats du projet PREMHYCE sur les bassins non-influencés ont fait l'objet d'une publication (en anglais).

Vocabulaire : simulation vs prévision ?

Simulation des débits : utile pour des applications de reconstitution ou de prédétermination des étiages. On utilise ainsi les données observées possibles pour voir comment le modèle reproduit la dynamique du bassin versant, connaissant les données de pluie, de températures, etc.

Prévision des débits : utile dans un objectif d’anticipation des périodes d’étiages, à l’aide d’un ensemble de scénarios météorologiques futurs, et connaissant les conditions hydro-climatiques passées jusqu’à l’instant de prévision.

En savoir plus

[1] PREMHYCE (Prévision des Etiages par des Modèles Hydrologiques : Comparaison et Evaluation) 2011-2013 ; financement ONEMA et MEDDE. Partenaires scientifiques : Irstea, BRGM, Météo France, EDF-DTG, Université de Lorraine.