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Thèse A. Douinot

17 novembre 2016

Analyse des processus d’écoulement lors de crues à cinétique rapide sur l’arc méditerranéen

Soutenance de thèse Audrey Douinot

sous réserve d’autorisation par les rapporteurs

Lundi 12 décembre à 10 h 00

Amphithéâtre Nougaro

Résumé :

L’objectif de la thèse est d’améliorer la compréhension des processus hydrologiques lors des événements de crues éclair. L’étude se base sur le modèle distribué à base physique MARINE (Modélisation de l’Anticipation du Ruissellement et des Inondations pour des événements Extrêmes), qui a été spécialement développé pour la prévision des crues éclair. Une étude précédente, s’intéressant à la régionalisation du modèle sur l’arc méditerranéen, amontré notamment les fortes corrélations entre la nature géologique des bassins versants et la capacité de stockage calibrée (Garambois, 2012). Ce constat est à l’origine de la présente thèse, qui se concentre sur l’analyse des processus internes aux horizons de sol et de sous-sol.
Les données hydrologiques, climatiques et les propriétés des bassins versants sont dans un premier temps analysées. Influencés par les deux régimes climatiques océanique et méditerranéen, les 26 bassins versants de la zone d’étude présentent un forçage contrasté. Des bilans de masse sont effectués sur les événements de crues éclair sur l’ensemble de ces bassins et les résultats corroborent l’activité hydrologique du socle géologique. Pour 18 des 26 bassins versants, le stockage dans les roches altérées est évalué comme étant au moins aussi conséquent que celui possible dans les horizons pédologiques. La caractérisation des courbes de récession des 26 séries hydrométriques révèle en outre la présence de deux comportements hydrologiques distincts, en relation avec la nature géologique des bassins versants.
Dans une second partie, la structure du modèle MARINE est analysée. Se concentrant plus particulièrement sur la modélisation des flux dans le sol, plusieurs modifications déduites de l’état de l’art sont testées. L’analyse montre l’influence notable de la prise en compte des variations de la conductivité hydraulique avec le contenu en eau du sol. Le gradient de pression a, en revanche, un impact minoritaire sur la génération des flux : le contrôle est gravitaire sur ces bassins à forte pente. Les échanges nappe-rivière ont une influence modeste sur la contribution des flux de subsurface à la crue. A partir de ces résultats, la structure du modèle de MARINE est modifiée dans l’objectif de :

i) rendre le modèle plus robuste vis-à-vis de l’initialisation de la teneur en eau du sol ;

ii) mieux intégrer les propriétés pédologiques du sol ;

iii) donner une représentation plus physique du couplage versant-rivière.

De plus, s’appuyant sur l’analyse des données, un modèle subdivisant la colonne de sol en deux couches est proposé. La seconde couche tend à représenter le rôle hydrologique joué par les roches altérées. Les flux de subsurface sont modélisés essentiellement dans la couche supérieure, faisant l’hypothèse de l’apparition de flux latéraux par génération de chemins préférentiels à l’interface sol/roche .
La nouvelle modélisation est testée sur 8 bassins versants, choisis comme illustratifs des caractéristiques climatique et physiographique de la zone d’étude. Une méthode de calibration est développée, permettant l’adaptation de l’évaluation du modèle aux objectifs visés et à l’incertitude inhérente à la fois aux mesures hydrométriques et à la structure du modèle lui-même. 7 des 8 bassins versants testés présentent des scores satisfaisants pour la prévision des pics de crue. Une proportion significative de flux modélisés transite par le sol, avec notamment une contribution aux pics de crue variant entre 40 % et 60 %. L’étude plus détaillée des performances montre une meilleure prévision pour les bassins versants situés sur un socle sédimentaire. Notamment, la décrue des hydrogrammes est simulée trop rapidement sur les bassins versants granitiques, corroborant la nécessité d’une contribution significative de flux provenant des roches altérées sur ces bassins versants.
Enfin les distributions des paramètres a posteriori montrent des corrélations possibles entre paramètres, suggérant plusieurs comportements hydrologiques vraisemblables. La description détaillée des compensations entre processus hydrologiques plausibles permet la proposition de pistes visant à mieux contraindre la réponse du modèle.

Composition du jury :

  • ERIC GAUME Ingénieur en chef des ponts, des eaux et des forêts : Rapporteur
  • ROGER MOUSSA Directeur de Recherche INRA : Rapporteur
  • ARTHUR MARCHANDISE Ingénieur des Travaux Publics de l’État : Examinateur
  • David LABAT, Professeur UPS : examinateur
  • LAURENT PFISTER Directeur de Recherche LIST : Examinateur
  • DENIS DARTUS Professeur INPT : Directeur de thèse
  • HÉLÈNE ROUX Maître de Conférence INPT : Directeur de thèse