Dissertations / Theses: 'Modèle hydrologique global'

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Saadi, Mohamed. "Représentation de l’urbanisation dans la modélisation hydrologique à l’échelle du bassin versant." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2020. http://www.theses.fr/2020SORUS374.

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Abstract:

Afin de déterminer l'impact hydrologique de l'étalement urbain à venir, la modélisation hydrologique est très utile car elle permet de traduire les scénarios d'urbanisation en scénarios hydrologiques en tenant compte de la variabilité climatique. Malgré la diversité actuelle des modèles hydrologiques applicables sur les bassins urbanisés, ces modèles sont en général développés sur un nombre limité de bassins versants, ce qui pose la question de leur robustesse. L'objectif de cette thèse est de chercher une structure de modèle hydrologique capable de reproduire la relation pluie-débit pour un large échantillon de bassins versants urbanisés, situés en France et aux États-Unis, et caractérisés par différents niveaux d'étalement urbain. Pour ce faire, nous sommes partis d'une structure de modèle conceptuel (GR4H), fonctionnant au pas de temps horaire mais non dédiée aux bassins versants urbanisés. Pour arriver à nos objectifs, nous avons considéré quatre étapes : (1) la collecte et la préparation d'un large échantillon de données pour plus de 2000 bassins versants situés en France et aux États-Unis. L'analyse de la variabilité des coefficients de ruissellement de 852 bassins nord-américains a montré une dépendance non seulement au taux moyen d'imperméabilité totale (TIA), mais aussi aux conditions d'humidité du sol quel que soit le niveau d'étalement urbain du bassin versant ; (2) le test de la structure de départ sur les bassins fortement urbanisés. Cette étape a montré l'aptitude des paramètres du modèle GR4H à traduire les spécificités du comportement hydrologique en contexte urbanisé ; (3) la régionalisation des paramètres de la structure de départ GR4H pour les lier à la fraction du couvert urbain. Les relations de régression obtenues ont été performantes mais peu sensibles à la caractérisation du couvert urbain ; (4) la modification pas-à-pas de la structure de GR4H en rajoutant le ruissellement sur les surfaces imperméables, et en variant le partage entre écoulement rapide et écoulement lent en fonction de chaque bassin. L'évaluation de ces modifications sur 273 bassins versants urbanisés a indiqué une amélioration de la simulation des écoulements surtout lors des périodes sèches et des périodes de crue. Les paramètres rajoutés ont montré une forte dépendance au taux moyen d'imperméabilité totale. Les travaux de cette thèse montrent un exemple de démarche constructive de développement de modèle hydrologique, par laquelle nous avons réussi à améliorer la représentation de l'urbanisation au sein du modèle tout en obtenant de meilleurs résultats en comparant avec des séries observées. Un effort de régionalisation de la nouvelle structure en exploitant des mesures de fragmentation du paysage urbain permettra une étude d'impact de différents schémas d'urbanisation future sur la réponse hydrologique
In order to determine the hydrological impact of future urban development, hydrological modeling is very useful because it allows obtaining hydrological scenarios from urbanization scenarios by considering climate variability. Despite the current diversity of applicable hydrological models to urbanized catchments, those models were generally tested on few catchments, which raises the question of their robustness. The objective of this thesis is to look for a hydrological model structure that is able to reproduce the rainfall-runoff relationship for a large sample of urbanized catchments, located in France and the United States, and characterized by a wide variety of urban sprawl. To do so, we started from an hourly conceptual model structure (GR4H) which was not specifically developed nor tested on highly urbanized catchments. We followed four steps: (1) The collection and preparation of a large sample of data for more than 2000 catchments located in France and the United States. The analysis of the variability of event runoff ratio for 852 US catchments showed the dependence of catchment response not only on mean total impervious area (TIA), but also on antecedent soil moisture conditions regardless of the level of urban sprawl in the catchment; (2) The test of the starting model structure on highly urbanized catchments. This step showed the ability of GR4H parameters to reflect the behavioral specificities of urbanized catchments; (3) The regionalization of GR4H parameters in order to relate them to the fraction of urban cover in the catchment. The obtained regression relationships performed well but showed weak sensitivity to change in the fraction of urban cover, which impeded their use for scenario prediction; (4) The step-by-step modification of the GR4H model structure by including excess rainfall on impervious surfaces, and by varying the partitioning between quick flow and slow flow depending on each catchment. The evaluation of these modifications on 273 urbanized catchments indicated an improvement in reproducing the observed flows in comparison to the original structure, especially during dry and flooding periods. The added parameters showed a strong dependence on the mean total impervious area. This thesis work illustrates a constructive modeling approach by which we have succeeded in both (1) improving the representation of urbanization within the model and (2) obtaining better simulation of catchment response. An effort of regionalizing the new model structure using measures of urban landscape fragmentation will allow to better estimate the impact of different urban planning schemes on the hydrological behavior at the catchment scale

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Payan, Jean-Luc. "Prise en compte de barrages-réservoirs dans un modèle global pluie-débit." Phd thesis, ENGREF (AgroParisTech), 2007. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00003555.

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Abstract:

Les bassins versants influencés par la présence de barrages-réservoirs constituent les objets d'étude de cette thèse. L'objectif principal est de mettre au point une méthode de prise en compte, au sein d'un modèle pluie-débit global, de l'impact de retenues d'eau artificielles sur le comportement hydrologique du bassin versant. Un tel outil, simple dans sa conception, doit permettre d'améliorer la simulation des débits de bassins versants influencés et d'évaluer l'impact de barrages-réservoirs sur le régime hydrologique des cours d'eau, en particulier lorsque l'on se place loin à l'aval de l'ouvrage. La démarche adoptée est empirique dans le sens où l'on a cherché, sur une base de données de 46 bassins versants situés en France, aux Etats-Unis et au Brésil, à exploiter au mieux, dans la structure du modèle pluie-débit, une information simple sur les ouvrages, à savoir l'évolution temporelle des volumes stockés dans les retenues. La diversité des conditions hydro-climatiques présentes dans la base de données donne aux résultats obtenus un caractère assez général. Au cours de cette thèse, un grand nombre de solutions de prise en compte des barrages-réservoirs a été testé. Les résultats montrent que cette information sur les remplissages des ouvrages peut être utilement exploitée au sein d'une structure de modèle global pour améliorer la simulation des bassins influencés. Les solutions qui se sont révélées être les plus performantes n'engendrent pas de complexification de la structure initiale du modèle puisqu'aucun ajout de paramètre n'a été nécessaire. Des gains de performances significatifs ont été réalisés, en particulier sur la simulation des étiages. Il s'agit d'un résultat important de la thèse car il montre qu'il est possible de prendre explicitement en compte, dans un modèle pluie-débit global, les barrages-réservoirs présents sur le bassin versant. Nous avons ensuite essayé de comprendre le lien entre la méthode de prise en compte des barrages-réservoirs et certaines caractéristiques physiques des bassins versants et des ouvrages de stockage afin de tenter d'adapter la solution au bassin versant considéré. Les résultats de ces tests ont montré que ce lien est difficile à mettre en évidence et qu'à ce stade, une solution générique semble la plus efficace. La solution la plus performante a ensuite été évaluée sur un échantillon complémentaire de 31 bassins versants n'ayant pas servi à son développement. L'évaluation a confirmé l'intérêt de la méthode pour l'amélioration des simulations des débits mais a également montré sa sensibilité à la disponibilité des données de stockages ainsi qu'aux transferts interbassins inconnus.

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Guinaldo, Thibault. "Paramétrisation de la dynamique lacustre dans un modèle de surface couplé pour une application à la prévision hydrologique à l’échelle globale." Thesis, Toulouse, INPT, 2020. http://www.theses.fr/2020INPT0125.

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Abstract:

L'hydrologie continentale s'intéresse à tous les aspects du cycle de l'eau des terres émergées et représente les flux de masse d'eau qui sont échangées. Que ce soit dans le sous-sol, au sein des lacs ou dans le brassage continu des torrents, l'eau et les processus hydrologiques associés entretiennent un lien direct avec la dynamique atmosphérique et la variabilité climatique. La représentation, à l'échelle globale, de ces processus hydrologiques s'appuie sur des techniques de modélisation qui, au CNRM, passent par un système couplé composé du modèle de surface ISBA et du modèle de routage en rivière CTRIP. Ces dernières années, les progrès réalisés sur les paramétrisations existantes et la représentation des nouveaux processus dans ISBA comme dans CTRIP ont abouti à une nette amélioration des performances de ce système pour des applications hydrologiques régionales ou globales couplées avec un modèle de climat. Dans la continuité de ces efforts, l'objectif principal de cette thèse est de développer une paramétrisation dynamique des lacs pour intégrer leur bilan de masse dans le modèle global CTRIP à 1/12°. Par ailleurs, le modèle développé, MLake, propose un diagnostic sur le marnage des lacs afin de permettre le suivi du niveau d'eau basé sur des mesures satellitaires. Bénéficiant d'un réseau de mesures dense et de forçages climatiques à haute résolution, le bassin versant du Rhône a été choisi pour évaluer localement MLake sur la période 1960-2016. Les résultats sur trois stations de jaugeages montrent une progression nette des performances de CTRIP dans la simulation des débits du Rhône aboutissant à un lissage des hydrographes qui se caractérise par un écrêtement des débits de crues et un soutien à l'étiage. Par ailleurs, la confrontation du diagnostic sur les niveaux d'eau du Léman avec des mesures locales révèle une capacité du modèle à suivre les cycle annuels et inter-annuels du marnage. Une deuxième évaluation s'est ensuite portée à l'échelle globale pour confirmer le comportement du modèle dans des conditions hydroclimatiques contrastées. Cette évaluation confirme la capacité du modèle à simuler des débits réalistes mais révèle la perturbation importante du cycle hydrologique naturel par l'anthropisation. Enfin les résultats préliminaires d'une simulation globale démontre l'intérêt d'utiliser MLake avec une amélioration systématique des scores dans les zones de grande densité lacustre. Ainsi, 45% des stations évaluées, principalement dans les régions arctiques, présentent une amélioration des scores statistiques. Enfin, cette étude engage une réflexion sur les perspectives d'améliorations du modèle, notamment la mise en place d'une bathymétrie de lac à l'échelle globale, en vue d'un couplage avec un modèle de climat et de l'utilisation des données de la future mission spatiale SWOT
The water cycle encompasses the main processes related to mass fluxes that influence the atmosphere and climate variability. More specifically, continental hydrology refers to the water transfer occurring at the land surface and sub-surface. Modelling is one of the main methods used for the representation of these processes at regional to global scales. The land surface model system used in this thesis is composed of the ISBA land surface model coupled to the river routing model TRIP that combines the CNRM’s latest developments for use in stand-alone hydrological applications or coupled to a climate model. This PhD is focused on the development and evaluation of lake mass-balance dynamics and water level diagnostics using a new non-calibrated model called MLake which has been incorporated into the 1/12° version of the CTRIP model. Simulated river flows forced by high resolution hydrometeorological forcings are evaluated for the Rhone river basin against in situ observations coming from three river gauges over the period 1960-2016. Results reveal the positive contribution of MLake in simulating Rhone discharge and in representing the lake buffer effects on peak discharge. Moreover, the evaluation of the simulated and observed water level variations show the ability of MLake to reproduce the natural seasonal and interannual cycles. Based on the same framework, a final evaluation was conducted in order to assess the value of the non-calibrated MLake model for global hydrological applications. The results confirmed the capability of the model to simulate realistic river discharges worldwide. At 45% of the river gauge stations, which are mostly located within regions of high lake density, the new model resulted in improved simulated river discharge. The results also highlighted the strong effect of anthropization on the alterations of river dynamics, and the need for a global representation of human-impacted flows in the model. This study has lead to several future perspectives, such as the incorporation of a parametrization of lake hypsometry for use at global scale. The implementation of such developments will improve the representation of vertical water dynamics and facilitate both the coupling of MLake within the CNRM earth system model framework and the future spatial mission SWOT for improved future global hydrological and water resource projections

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Berthet, Lionel. "Prévision des crues au pas de temps horaire : pour une meilleure assimilation de l'information de débit dans un modèle hydrologique." Phd thesis, AgroParisTech, 2010. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00529652.

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Abstract:

La modélisation hydrologique Pluie - Débit compte parmi les outils incontournables pour prévoir les crues, car elle permet d'atteindre des horizons plus lointains que de nombreuses autres méthodes. Pour tenter d'améliorer la qualité des prévisions, les hydrologues ont proposé de nombreuses approches d'assimilation de données. Cette thèse s'intéresse à un modèle Pluie - Débit fonctionnant au pas de temps horaire. Elle propose une comparaison de nombreuses méthodes de mise-à-jour de ce modèle par l'assimilation de la donnée de débit observé à l'exutoire du bassin versant, dans le but de fournir des prévisions de crue à des horizons allant de quelques heures à quelques jours. Les mises-à-jour étudiées portent sur les paramètres du modèle, ses états et ses sorties. Certaines sont déterministes, d'autres probabilistes. Ce travail a permis de mettre en avant l'interaction qui existe entre la structure du modèle hydrologique et les mises-à-jour. Ces deux éléments se caractérisent par des dynamiques temporelles différentes. Nos résultats plaident pour que le modèle soit considéré comme un tout et non comme la juxtaposition d'un modèle hydrologique et d'une procédure de mise-à-jour. Il nous paraît préférable d'optimiser la structure et de caler le modèle en tenant compte des mises-à-jour qui seront appliquées. Le modèle donnant les meilleures prévisions associe une structure hydrologique très proche de celle obtenue au pas de temps journalier et deux mises-à-jour du modèle, l'une modifiant un état crucial du modèle, l'autre corrigeant ses sorties par un réseau de neurones artificiels. Cette combinaison a été évaluée à l'aide d'une sélection de critères de performance adaptés à l'objectif du modèle, sur un vaste ensemble de bassins versants français. Ses performances sont robustes et se comparent favorablement à d'autres modèles de prévision.

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XIE, XIE MING YUE. "Modeles hydrologiques : de l'approche globale au modele integre utilisant les donnees satellitaires." Nice, 1994. http://www.theses.fr/1994NICE4750.

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Abstract:

La modelisation du phenomene pluie-debit donne lieu a des recherches tres actives dans le domaine de l'hydrologie. Elle est devenue une approche standard pour resoudre des problemes de ressources en eau, et recemment pour estimer l'impact d'une politique d'amenagement ou de protection de l'environnement. Les applications des donnees satellitaires a l'hydrologie constituent actuellement un domaine en plein developpement. Le modele integre couple avec les images satellitaires permet de simuler le comportement d'un bassin hydrologique, et d'evaluer, par la simulation, l'impact des modifications de l'occupation du sol. Le present travail a consiste a developper et a evaluer les outils necessaire a cette entreprise: methode de determination de la fonction de transfert, interface entre les donnees satellitaires et le modele integre, et application a la gestion des ressources en eau. La premiere partie de cette these examine les avantages et les inconvenients des approches de type hydrogramme unitaire. Le systeme hydrologique est caracterise globalement par une fonction de transfert et une fonction de production. Nous avons etudie la methode de dpft qui permet de determiner, pour un bassin hydrologique, ces deux fonctions a partir des donnees de pluie et de debit observes. La deuxieme partie de cette these a porte sur l'utilisation des donnees spot dans la modelisation hydrologique integree des ecoulements superficiels et souterrains. Le systeme hydrologique est decoupe en mailles carrees sur lesquelles sont discretisees les parametres hydrologiques. Les grandeurs hydrologiques sont liees par les lois phenomenologiques issues des mecanismes physiques qui regissent le mouvement de l'eau. Nous avons etudie les methodes pour ameliorer la determination de la signature spectrale des diverses classes d'occupation du sol en supprimant les effets de relief, et developpe une interface permettant l'utilisation des donnees satellitaires par le modele hydrologique integre. Nous avons construit les modeles integres du bassin de l'herault et de la region de campanie occidentale (italie). Plusieurs applications du modele integre utilisant les donnees satellitaires ont ete montrees: influence de l'occupation du sol sur le regime hydrologique, estimation des debits, des ages moyens des eaux, des risques d'erosion

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Kittavong, Sisouvanh. "Exploration de nouvelles structures de modélisation hydrologique globale conceptuelle." Doctoral thesis, Université Laval, 2019. http://hdl.handle.net/20.500.11794/66670.

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Abstract:

Plusieurs modèles hydrologiques ont été développés au cours des dernières décennies. Un modèle hydrologique devrait être capable de représenter tous les bassins versants. Les performances des modèles dépendent des caractéristiques du bassin versant étudié; aucun modèle ne convient à toutes les tâches de modélisation. Cette thèse de doctorat a pour but de proposer une méthode de sélection de modèles parmi un grand nombre de candidats. Elle prend en compte : l'identification d'une banque de modèles performants pour des conditions climatiques différentes et la sélection de modèles appropriés selon les conditions climatiques du bassin versant (aride, tempéré ou continentale) et les objectifs de modélisation (débits élevés, moyens ou faibles). La recherche est basée sur 1446 modèles construits en utilisant l‘approche multistructure empirique (Ensemble Multistructure Framework, EMF) et 100 bassins versants états-uniens aux conditions climatiques diversifiées. L'objectif de cette étude est de valoriser les approches flexibles afin d'identifier des modèles performants pour une diversité de climats. La sélection des modèles est ainsi basée sur les performances individuelles de 1446 modèles en les comparant avec un modèle de référence (GR4J). Sur la base de cette étude, une banque de 80 modèles diversifiés, issus des 1446 modèles initiaux, a été proposée pour d‘autres applications. Pour évaluer l'impact du climat et de la métrique sur la performance du modèle, les 80 modèles présélectionnés ont été évalués sur les trois types de climat et sur les trois objectifs de modélisation. Cette étude propose au final quatre nouveaux modèles hydrologiques conceptuels, adaptés à des conditions climatiques et hydrologiques spécifiques. La modélisation hydrologique demeure imparfaite en raison d'un grand nombre d'incertitudes liées notamment à la description de la transformation pluie-débit par les structures du modèle hydrologique. L'approche multimodèle est une solution alternative, parce que la combinaison de modèles existants peut mener à de meilleurs résultats par rapport aux modèles individuels. La diversité des structures des modèles constitue souvent un des premiers principes du fonctionnement d‘un multimodèle de manière à compenser les erreurs et à améliorer les performances. Les 80 modèles présélectionnés et l'algorithme Backward Greedy Selection (BGS) sont ainsi utilisés afin de sélectionner l‘ensemble des modèles à combiner. Les tests ont été effectués sur six critères (MCRPS, KGEsqrt, Mlogs, NRD, PIT et RDmse). Les résultats montrent que l'optimisation par MCRPS est la plus intéressante.
Many hydrologic models were developed in the last few decades. They should be capable of simulating all of the catchments but, in practice, their performance is dependent on the geology and climate, so no model structure is suitable for all modeling tasks. This doctoral thesis aims at proposing a model selection method, from a grand pool of candidates, which accounts for the identification of a pool of successful models in diversified climates conditions and the selection of appropriate models for the catchment climatic conditions (arid, humid, and continental) and modeling objectives (high, medium and low flows). It is based on 1446 models constructed using the Ensemble Multistructure Framework (EMF) and 100 climatically diversified American catchments. The focus of this study is to value flexible modeling approaches to identify successful models for a variety of climates. The model selection is first based on the individual performance of the 1446 models, comparing them to a reference model (GR4J). A pool of 80 diversified models is then identified for further investigation. To evaluate the impact of climate and metric on model performance, the 80 preselected models are evaluated on the three types of climates and three modeling objectives. At the end, four new lumped conceptual hydrologic models are tailored for specific climate and flow conditions. Hydrological modeling remains imperfect due to a large number of uncertainties, particularly related to the description of rainfall-flow transformation by hydrological model structures. The multimodel approach is an alternative solution, because the combination of existing models gives better results than individual ones. The diversity of model structures touches one of the first principles of the operation of a multimodel is the compensation of the errors to improve the performances. The 80 preselected models and the Backward Greedy Selection (BGS) algorithm are then used to select the models set to combine. Tests are performed on six optimizations (MCRPS, KGEsqrt, Mlogs, NRD, PIT and RDmse). Results show that, the optimization by the MCRPS is most interesting when compare to other criterions.

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Loumagne, Cécile. "Prise en compte d'un indice de l'état hydrique du sol dans la modélisation pluie-débit." Paris 11, 1988. http://www.theses.fr/1988PA112283.

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Abstract:

La présente recherche a consisté à étudier dans quelle mesure l'introduction de mesures directes de l'état hydrique du sol, non prises en compte jusqu'ici en simulation, permettait d'améliorer la prévision des débits sur un petit bassin versant. On constate que dans la plupart des modèles hydrologiques à réservoirs, une représentation imparfaite de la fonction de production à l'échelle du bassin, rend difficile la simulation des débits, notamment lors des périodes de transition. Nous avons donc comparé à l'aide d'un modèle très simple, appliqué au bassin de l'ORGEVAL, l'approche classique qui calcule à partir de méthodes indirectes l'état du réservoir sol et l'approche proposée qui remplace ces calculs par des masures de l'état hydrique du sol. La comparaison a mis en évidence aussi bien en simulation qu'en prévision, la supériorité de la deuxième approche, la première approche ne traduisant pas entièrement la réalité complexe des processus de transformation pluie-débit. Ces résultats montrent l'intérêt d'intégrer dans un modèle de prévision, un indice de l'état hydrique du sol mesuré ponctuellement et à pas de temps fin tout au long du cycle hydrologique.

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Kouame, Brou. "Adéquation de différents modèles globaux pluie-débit pour déterminer les apports en eau dans les zones de transition et de forêt de la Côte - d'Ivoire : essai de régionalisation des paramètres." Montpellier 2, 1992. http://www.theses.fr/1992MON20249.

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Abstract:

Dans un but d'evaluation des ressources en eau dans les zones de transition et de foret de la cote d'ivoire, plusieurs modeles globaux pluie-debit sont testes. Ces modeles au pas de temps annuel, mensuel et journalier sont cales sur un ensemble de 90 stations-annees en foret et 54 en zone de transition, reparties en 27 bassins versants de 100 a 7000 km#2. L'analyse des differents calages fait ressortir une adequation satisfaisante du modele au pas de temps mensuel dans la restitution des hydrogrammes. Les modeles au pas de temps journalier ont conduit a des resultats de qualite diverse du fait, d'une part de problemes lies a la qualite des donnees journalieres, issues des reseaux de mesure et souvent entachees d'erreurs, et, d'autre part, des algorithmes eux-memes qui prennent insuffisamment en compte les differences de saturation du sol en saison seche et en saison des pluies. Ce travail permet neanmoins d'offrir un panel complet de methodes d'evaluation des ressources en eau, valide sur l'ensemble du territoire ivoirien

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Decharme, Bertrand. "Développement et validation d'une modélisation hydrologique globale incluant les effets sous maille et la représentation des zones inondées." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00518491.

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Abstract:

La modélisation hydrologique globale du CNRM repose sur le modèle de surface ISBA qui calcule un bilan hydrique sur des mailles allant typiquement de 20 à 500 km de côté et sur le modèle de routage TRIP qui permet de convertir le ruissellement quotidien en débit. A ces résolutions, la répartition sous maille des caractéristiques de la surface et des flux atmosphériques a un fort impact sur les bilans d'eau simulés. Plusieurs paramétrisations des effets sous maille originales ou préexistantes ont alors été testées avec succès en mode forcé à l'échelle régionale et globale. Néanmoins, la validation globale reste parfois problématique en raison des incertitudes liées aux précipitations, aux paramètres de surface et à la modélisation de certains processus tel la représentation des zones inondées dans TRIP. Ceci souligne donc l'intérêt des futures missions satellitaires pour mieux contraindre nos modélisations hydrologiques.

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Lerat, Julien. "Quels apports hydrologiques pour les modèles hydrauliques ? : vers un modèle intégré de simulation des crues." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00392240.

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Abstract:

Les modèles hydrauliques sont couramment utilisés pour l'aménagement des rivières et la prévention des dommages liés aux inondations. Ces modèles calculent les hauteurs d'eau et débits sur un tronçon de rivière à partir de sa géométrie et des conditions aux limites du système: débit à l'amont du tronçon, débits d'apports latéraux provenant du bassin intermédiaire et hauteurs d'eau à l'aval. Lorsque le tronçon est long, les apports latéraux deviennent conséquents tout en demeurant rarement mesurés car provenant d'affluents secondaires. L'évaluation de ces apports constitue alors une étape essentielle dans la simulation des crues sous peine de fortes sous ou surestimations des variables hydrauliques. Cette thèse a pour objectif principal d'identifier une méthode de complexité minimale permettant de reconstituer ces apports. Nos travaux s'appuient sur un échantillon de 50 tronçons de rivière situés en France et aux Etats-Unis sur lesquels les apports latéraux ont été estimés à l'aide d'un modèle hydrologique semi-distribué connecté avec un modèle hydraulique simplifié.

Une méthode automatisée de découpage du bassin intermédiaire en sous-bassins a d'abord été élaborée afin de faciliter la construction du modèle hydrologique sur les 50 tronçons de rivière. Des tests de sensibilité ont été menés sur le nombre de sous-bassins, la nature uniforme ou distribuée des entrées de pluie et des paramètres du modèle hydrologique. Une configuration à 4 sous-bassins présentant des pluies et des paramètres uniformes s'est avérée la plus performante sur l'ensemble de l'échantillon.

Enfin, une méthode alternative de calcul des apports latéraux a été proposée utilisant une transposition du débit mesuré à l'amont et une combinaison avec le modèle hydrologique.

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Perrin, Charles. "Vers une amélioration d'un modèle global pluie-débit." Phd thesis, Grenoble INPG, 2000. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00006216.

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Abstract:

Il existe actuellement un grand nombre de modèles hydrologiques conceptuels ou empiriques globaux permettant de simuler la transformation de la pluie en débit à l'échelle du bassin versant. Notre étude comparative a permis de tester 38 structures de modèles sur un large échantillon de 429 bassins versants situés en France, aux Etats-Unis, en Australie, en Côte d'Ivoire et au Brésil. Les structures ont toutes été évaluées dans le même cadre de test, avec les mêmes données d'entrée. Leurs paramètres ont été calés par une méthode d'optimisation locale qui a prouvé de bonnes capacités à identifier un optimum satisfaisant. Les performances en terme de qualité des simulations des débits observés ont été évaluées grâce à un ensemble de critères quantitatifs, dont certains correspondent à des formulations nouvelles. Les tests réalisés indiquent qu'un faible nombre de paramètres libres (3 à 5) est suffisant pour obtenir des résultats aussi satisfaisants que des structures avec un plus grand nombre de degrés de liberté, l'augmentation de leur nombre limitant la robustesse du modèle. Par ailleurs, la structure du modèle joue un rôle prépondérant sur la qualité des simulations. Certains outils mathématiques contenus dans différentes structures apparaissent complémentaires et leur association au sein d'un même modèle permet d'améliorer les simulations de débit. La structure du modèle simple GR3J a ainsi pu être modifiée pour obtenir une structure à quatre paramètres plus satisfaisante, avec notamment une meilleure simulation des étiages.

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Heberger, Matthew. "Improved observation of the global water cycle with satellite remote sensing and neural network modeling." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2024. http://www.theses.fr/2024SORUS012.

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Abstract:

La télédétection par satellite est couramment utilisée pour observer le cycle hydrologique à des échelles spatiales allant des bassins fluviaux au globe terrestre. Pourtant, il reste difficile d'obtenir un bilan hydrique équilibré en utilisant des données de télédétection, ce qui met en évidence les erreurs et les incertitudes des données d'observation de la Terre. Cette recherche visait à améliorer les estimations des précipitations, de l'évapotranspiration, de l'écoulement, et du changement du stockage total de l'eau à l'échelle mondiale en utilisant une combinaison de méthodes analytiques (interpolation optimale, OI) et de méthodes de modélisation statistique, y compris les réseaux neuronaux (NN). Les modèles ont été entraînés sur un ensemble de 1 358 bassins fluviaux et validés sur un ensemble indépendant de 340 bassins et sur des observations in situ des précipitations, de l'évapotranspiration et du débit des cours d'eau. Les modèles sont étendus pour faire des prévisions à l'échelle du pixel dans des cellules de grille de 0,5° pour une couverture quasi mondiale. Les ensembles de données calibrées donnent des résidus de bilan hydrique plus faibles dans les bassins de validation : la moyenne et l'écart-type du déséquilibre sont de 11±44 mm/mo lorsqu'ils sont calculés avec des données non corrigées et de 0,03±24 mm/mo après calibrage par les modèles NN. Les résultats nous permettent de faire des estimations plus précises des composantes manquantes du cycle de l'eau, par exemple pour estimer l'évapotranspiration dans les zones non instrumentées, ou pour prédire le débit dans les bassins non jaugés. Les résultats peuvent également indiquer aux producteurs de données où leurs produits semblent incohérents par rapport à d'autres ensembles de données et où un étalonnage plus poussé pourrait apporter des améliorations. Enfin, cette recherche démontre l'utilisation des réseaux neuronaux et de l'intelligence artificielle pour l'intégration des données satellitaires et pour l'étude du cycle de l'eau
Satellite remote sensing is commonly used to observe the hydrologic cycle at spatial scales ranging from river basins to the globe. Yet, it remains difficult to obtain a balanced water budget using remote sensing data, which highlights the errors and uncertainties in earth observation (EO) data. This research aimed to improve estimates of precipitation, evapotranspiration, runoff, and total water storage change at the global scale using a combination of analytical methods (optimal interpolation, OI) and statistical modeling methods including neural networks (NN). Models were trained on a set of 1,358~river basins and validated them on an independent set of 340~basins and in-situ observations of precipitation, evapotranspiration, and river discharge. The models are extended to make pixel-scale predictions in 0.5° grid cells for near-global coverage. Calibrated datasets result in lower water budget residuals in validation basins: the mean and standard deviation of the imbalance is 11±44 mm/mo when calculated with uncorrected EO data and 0.03±24 mm/mo after calibration by the NN models. The results allow us to make more accurate estimates of missing water cycle components, for example to estimate evapotranspiration in un-instrumented areas, or to predict discharge in ungaged basins. The results can also indicate to data producers where their products seem incoherent with other datasets and where enhanced calibration could lead to improvements. Finally, this research demonstrates the use of neural networks and machine learning for the integration of satellite data and for the study of the water cycle

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Oudin, Ludovic. "Recherche d'un modèle d'évapotranspiration potentielle pertinent comme entrée d'un modèle pluie-débit global." Phd thesis, ENGREF (AgroParisTech), 2004. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00000931.

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Abstract:

L'objectif de notre recherche est d'améliorer les performances des modèles pluie-débit par une meilleure prise en compte de l'ETP au sein de ces modèles. Pour cela, l'échantillon de bassins versants étudiés devait représenter diverses conditions climatiques et hydrologiques. L'assemblage des différentes données collectées (pluie, débit et paramètres climatiques) a permis l'élaboration d'un échantillon de 308 bassins versants dont 221 français, 79 nord-américains et 8 australiens. L'avantage de travailler sur un échantillon assez vaste est de tirer des conclusions relativement libres de toute dépendance vis à vis des caractéristiques particulières de tel ou tel bassin. De plus, quatre modèles pluie-débit ont été utilisés: le modèle GR4J et des versions globales des modèles HBV, IHACRES et TOPMODEL. Tout d'abord, une étude de sensibilité de ces modèles pluie-débit à l'entrée d'ETP a été entreprise. Deux aspects ont été traités en particulier. La première motivation était de tester l'impact d'une connaissance fine du climat par rapport à une connaissance des normales (moyennes interannuelles). Les résultats ont confirmé le manque d'utilisation judicieuse de l'information datée contenue dans les formules d'ETP par les modèles pluie-débit. Le deuxième aspect était de tester plusieurs formules pour représenter les variations de l'ETP au sein des modèles pluie-débit. Les résultats ont montré là aussi une faible sensibilité des modèles quant au choix fait pour la formule d'ETP. Nous avons porté en particulier notre attention sur la formule de Penman, couramment utilisée en modélisation, car elle est la plus satisfaisante d'un point de vue physique, à l'échelle de la parcelle. En modélisation pluie-débit, elle est dépassée par d'autres formules plus simples (utilisant moins de données climatiques). Ainsi, nous pouvons parler de la pertinence d'autres formules que Penman pour la modélisation: des formules simples faisant intervenir uniquement la température de l'air sont aussi performantes que la formule de Penman. D'un point de vue opérationnel, ces résultats sont extrêmement rassurants puisqu'ils suggèrent qu'une entrée d'ETP simple à obtenir peut être utilisée à la place de formules d'ETP plus demandeuses en données. Cependant, d'un point de vue scientifique, le constat d'apparente insensibilité des modèles pluie-débit à l'entrée d'ETP est préoccupant. En effet, le modèle semble se contenter d'une représentation extrêmement simplifiée de la demande évaporatoire. Pourtant, il est légitime de penser que le modèle serait plus performant s'il prenait mieux en compte cette information supplémentaire. Les hypothèses avancées pour expliquer la faible sensibilité des modèles à l'entrée d'ETP sont multiples : - S'agit-il d'un phénomène naturel que le modèle retranscrit assez fidèlement ? - Faut-il remettre en cause la structure du modèle, notamment la partie traitant l'évaporation ? - Les formules d'ETP traditionnelles sont-elles inadaptées à la modélisation pluie-débit ? Alors que la première interrogation nous semblait difficile à investiguer, les deux autres étaient plus à la portée d'un utilisateur de modèles pluie-débit conceptuels. Pour cela, nous avons utilisé une approche par données synthétiques d'ETP qui permet notamment de lever toute incertitude sur la pertinence des données d'ETP. Les résultats ont montré que les différences entre ETP datées et interannuelles étaient presque totalement absorbées par les réservoirs de production des modèles pluie-débit. Le modèle se comporte donc comme un filtre passe-bas pour les données atmosphériques, atténuant ainsi la variabilité temporelle des entrées climatiques.

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Deville, Sabrina. "Caractérisation de la zone non saturée des karsts par la gravimétrie et l'hydrogéologie." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00829346.

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Abstract:

Les aquifères karstiques constituent l'essentiel des ressources en eau du pourtour Méditerranéen. Au-delà de la zone saturée de ces systèmes, la zone non saturée constitue une entité importante quant au transfert et au stockage temporaire de l'eau. La structure et le fonctionnement de cette entité du karst sont complexes et mal connus à cause du processus de karstification qui hiérarchise la circulation hydrodynamique en son sein. Dans cette étude nous utilisons des méthodes géodésiques et hydrogéologiques afin d'observer de façon directe et de quantifier les processus de transfert et de stockage de la zone non saturée. Les mesures gravimétriques en surface et profondeur sur différents systèmes karstiques ont permis de quantifier les variations du stockage en eau saisonnier dans la zone non saturée. La gravimétrie différentielle montre que ces variations sont réparties dans les quelques premiers mètres de la zone non saturée. Il semble, de plus, que la capacité de stockage de la zone non saturée soit fonction de la lithologie de l'encaissant (calcaire et dolomie). Enfin, des observations directes du flux d'eau en zone non saturée ont été effectuées par le biais de mesures dans différentes cavités. Nous montrons que certaines caractéristiques du flux d'eau en zone non saturée, comme la présence d'un flux bipolaire lent-rapide, peuvent être généralisées quelque soit la profondeur de mesure et la surface d'impluvium. La modélisation de ce flux, à partir d'un schéma simple, a montré la complexité des processus de transfert engendrés au sein de la zone non saturée.

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Quesney, Arnaud. "Assimilation de mesures d'humidite de surface dans un modele hydrologique conceptuel global. Apport de la teledetection radar ers/sar." Paris 7, 1999. http://www.theses.fr/1999PA077209.

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Abstract:

L'objectif de cette these est l'assimilation de mesures d'humidite du sol dans un modele hydrologique conceptuel global et l'etude de son apport sur la fiabilite des simulations de crue. De 1990 a 1997, une base de donnees d'humidite de surface representative du bassin versant de l'orgeval est constituee. On montre qu'a l'echelle d'un petit bassin agricole, un indice relie a l'etat hydrique superficiel du sol peut etre defini a partir de donnees de teledetection radar ers/sar. L'estimation de l'humidite moyenne du sol est effectuee en selectionnant des types d'occupation du sol sur lesquels il est possible de corriger le signal des effets de vegetation et de negliger, en mesures relatives, les effets de rugosite pour acceder a un signal dependant de l'etat hydrique des surfaces retrodiffusantes. Le modele hydrologique grhum utilise dans cette etude fournit des simulations de debit en bon accord avec les observations. Par contre, le calage du modele sur des mesures de debit de 1991 a 1994 ne conduit pas a des humidites simulees physiques. On montre que la mesure d'humidite est reliee a plusieurs variables d'etat du modele. Deux approches sont alors envisagees afin d'assimiler les observations d'humidite. La premiere se fonde sur une methode d'assimilation variationnelle des humidites et des debits. L'humidite globale mesuree est assimilee en utilisant des relations entre etats et permet de restituer le modele dans de meilleures conditions previsionnelles. La deuxieme approche se fonde sur une assimilation sequentielle des humidites superficielles suivant le filtre de kalman et necessite une reformulation du modele afin d'obtenir des humidites simulees plus physiques. Les derives du modele sont alors corrigees au cours du temps en ajustant les humidites simulees lorsqu'une mesure est disponible. Les ajustements, calcules en fonction des erreurs du modele et des mesures, conduisent a une augmentation des performances du modele en simulation de crues.

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Goundoul, N'golona. "Etude de la relation "averses-crues" : application d'un modèle global et essais de mise au point d'un modèle distribué sur le bassin versant du Bam-Bam (Tchad)." Avignon, 1992. http://www.theses.fr/1992AVIG1001.

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Abstract:

D'une superficie de 1196 km2, le bassin versant du Bam-Bam est situé en région sahélienne et constitué de cinq bassins emboités de differentes tailles. L'étude de la dynamique des pluies sur le bassin, reflète les caractéristiques pluviométriques (homogénéite des formes, répartition spatiale) du Sahel en général. Un modèle hydrologique fondé sur la technique de l'hydrogramme unitaire est appliqué à chacun des bassins, avec comme objectif l'analyse et la prédétermination des crues. Les résultats satisfaisants obtenus en approche globale, confirment dans une certaine mesure, la préponderance du ruissellement rapide par rapport aux autres types d'écoulements (écoulement retardé, écoulement de base). La tentative d'approche distribuée révèle l'importance d'un autre type d'écoulement que le ruissellement rapide pour les bassins de superficie superieure à 100 km2. Nous suggérons une démarche tenant compte d'autres facteurs (géomorphologiques, pédologiques) en vue d'une amélioration probable de la modélisation hydrologique dans le Sahel
The Bam-Bam catchment area is about 1196 km2. It is located in the sahelian region and its comprised by five jointed watersheds of different surfaces. The dynamic study of mrainfalls reflects the characteristics of precipitation (homogeneity of form, spatial distribution) in the sahelian region in general. A hydrological model based on the unit hydrograph technique is used with aim of analysing and predetermining the floods for each sub-watershed. The resulds obtained by a humped model approach show the predominance of surface runoff in comparison with the other types of runoff (base runoff, delayed runoff). An attempt using a distributed model shows that, for the watersheds greater than 100 km2, direct runoff is not predominant. In order to improve modelisation in the sahelian region, we suggest the application of a process which takes into account other factors (geomorphogical, pedological)

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Arboleda-Obando, Pedro Felipe. "Feedback from groundwater and irrigation on past and future climate simulated by the IPSL climate model." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. http://www.theses.fr/2023SORUS045.

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Abstract:

Les flux terrestres jouent un rôle important dans le cycle de l'eau et dans l'évolution du climat à différentes échelles de temps. Il est intéressant de noter le contrôle que l'humidité du sol peut exercer sur l'évapotranspiration, puisqu'une anomalie de la première peut induire une perturbation sur la seconde. Cela produit des changements dans l'évolution saisonnière et à long terme des variables climatiques telles que les précipitations et la température. Le couplage entre l'humidité du sol et l'évapotranspiration et ses effets sur le climat ont conduit à se pencher sur les éléments du paysage qui ont un certain effet sur l'humidité du sol. Cette thèse se concentre sur deux d'entre elles : les écoulements descendants des pentes (de surface et souterrains) causés par la topographie d'origine naturelle et les transferts d'eau pour les activités d'irrigation d'origine humaine. L'un des outils d'étude du climat est l'utilisation de modèles de circulation générale, qui couple un modèle atmosphérique et un modèle de surface terrestre. Les modèles de surface, bien que de plus en plus complexes, ont une représentation limitée ou nulle de l'effet de la topographie sur les flux de surface terrestre et des effets anthropiques sur les ressources en eau. L'objectif de cette thèse est de comprendre l'effet de chaque élément du paysage sur les flux terrestres et sur le climat actuel et futur, en utilisant le modèle de surface terrestre ORCHIDEE, qui fait partie du modèle climatique IPSL. La première partie de cette thèse utilise une représentation simple des écoulements des pentes dans ORCHIDEE. La maille est divisée en une zone haute et une zone basse pour représenter la topographie, cette dernière étant potentiellement plus humide. LMDZOR, qui couple ORCHIDEE à LMDZ (le modèle atmosphérique de l'IPSL) a été utilisé pour effectuer deux simulations à long terme (entre 1980 et 2100) sous changement climatique, avec et sans écoulement de pente. Les résultats montrent une augmentation de l'humidité du sol et de l'évapotranspiration, une légère augmentation des précipitations et une baisse de la température de l'air. Dans le cadre du changement climatique, les écoulements de pente atténuent une partie des diminutions de l'humidité du sol, de l'évapotranspiration et des précipitations liés au changement climatique, et diminuent légèrement le réchauffement. La deuxième partie présente un schéma d'irrigation inclus dans ORCHIDEE, pour une utilisation à l'échelle mondiale. La demande en eau est calculée à partir du déficit hydrique du sol et de la surface irriguée. L'approvisionnement dépend des réservoirs naturels sous deux contraintes : un volume laissé disponible pour les écosystèmes (flux écologique) et une répartition de l'eau en fonction des infrastructures locales existantes. Le nouveau schéma a été testé en mode offline (forcé avec les données météorologiques). La comparaison avec les données observées montre que l'inclusion de l'irrigation diminue les biais négatifs de modélisation pour l'évapotranspiration, mais augmente les biais positifs pour l'indice de surface foliaire (sauf dans les zones d'irrigation intensive où le biais négatif de l'indice diminue). De même, l'irrigation diminue le débit des grands fleuves, mais cela ne conduit pas à une meilleure représentation de la dynamique du débit par rapport aux observations. Les résultats montrent que les éléments du paysage augmentent certains flux des bilans hydriques et énergétiques et, pour les écoulements de pente, atténuent une partie des diminutions dues au changement climatique. Dans le cas de l'irrigation, des simulations online sont nécessaires pour connaître son effet sur l'évolution des variables hydroclimatiques dans le cadre du changement climatique. De plus, il est nécessaire de considérer les effets conjoints des deux éléments du paysage, ce qui demande d'inclure les flux de pente et l'irrigation dans une nouvelle version d'ORCHIDEE
Continental fluxes play an important role in the water cycle, and in the evolution of climate at different time scales. It is particularly interesting to note the control that soil moisture can exert on evapotranspiration, since an anomaly of the former can induce a change of the latter. This produces changes in the seasonal and long-term evolution of climatic variables such as precipitation and temperature. The coupling between soil moisture and evapotranspiration, and their effects on climate, have led to focus on those landscape factors that have some effect on soil moisture. This study focuses on two: downward hillslope flows (surface and subsurface) caused by topography, of natural origin, and water transfers for irrigation activities, of human origin. One of the tools for studying climate is the use of general circulation models, consisting of an atmospheric model and a land surface model. Land surface models, although increasingly complex, have limited or no representation of the effect of topography on land surface fluxes and of the anthropogenic effects on water resources. The objective of this thesis is to understand the effect of each landscape driver on terrestrial fluxes and on present and future climate, using the ORCHIDEE land surface model, which is part of the IPSL climate model. The first part of this thesis uses a simple representation of hillslope flows within ORCHIDEE. The typical model grid-cell is divided into an upland and lowland zone to represent the topography, with the lowland fraction being potentially wetter. LMDZOR, which couples ORCHIDEE to the IPSL atmospheric model, known as LMDZ, was used to run two long-term simulations (between 1980 and 2100) under climate change, with and without hillslope flow. The results show increases in soil moisture and evapotranspiration, a slight increase in rainfall and lower air temperature. Under climate change, hillslope flows attenuate part of the climate change-induced decreases in soil moisture, evapotranspiration and precipitation, and slightly decrease warming. In the second part, an irrigation scheme was implemented in ORCHIDEE, for use at global scale. The water demand is calculated according to the soil moisture deficit and the irrigated area, and the supply depends on natural reservoirs under two constraints: a volume left available for ecosystems (ecological flow) and water allocation according to existing local infrastructure. The new scheme was tested in offline mode, (forced with meteorological data). Comparison with observed data shows that including irrigation decreases negative modeling biases for evapotranspiration, but increases positive biases for leaf area index (except in intensively irrigated areas, where the negative bias of leaf area index decreases). Likewise, irrigation decreases the discharge of large rivers, but this does not lead to a better representation of discharge dynamics compared to observations. The results show that landscape drivers increase certain fluxes of the water and energy balances, and in the case of hillslope flows, attenuates part of the decreases due to climate change. In the case of irrigation, online simulations are needed to know its effect on the evolution of hydroclimatic variables under climate change. In addition, considering the joint effects of the two landscape drivers is necessary, which calls for including hillslope flows and irrigation in a new version of ORCHIDEE

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Mantilla, Morales Gabriela. "Modélisation des transferts de nitrates, confrontation des concepts, des données et des informations : application au bassin de la Charente." Phd thesis, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 1995. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00569426.

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La modélisation du transfert de nitrates a été étudiée à différentes échelles de bassins versants. Un modèle semi-distribué à pas de temps journalier a été élaboré et testé sur des sous-bassins de la Charente (France). Il prend en compte les transferts d'azote depuis les apports de fertilisants jusqu'à la dénitrification dans le cours d'eau. Le but principal recherché est la simulation de la concentration en nitrates à l'exutoire des bassins versants. Un modèle hydrologique de type conceptuel (GR3) a été choisi et adapté à la simulation du transfert de nitrates. Le modèle conceptuel de lessivage est relié de manière étroite au modèle pluie - débit, tant par les variables d'état que par les paramètres. Le calage a été fait sur les sous-bassins où sont connus, à la fois, les débits et les concentrations. L'utilisation du modèle est ensuite étendue à des bassins sur lesquels on ne dispose que d'un seul de ces deux termes ou bien d'aucun d'entre eux. Le modèle résultant de ces travaux a été appliqué à la fois sur un grand bassin versant d'environ 9500 km2 (la Charente), sur ses stations intermédiaires de suivi de qualité de l'eau et sur un petit sous-bassin expérimental d'environ 5,5 km2 (le Ruiné). Les résultats montrent que le modèle reproduit d'une manière correcte la tendance à long terme des flux. Les variations saisonnières sont bien respectées pour la plupart des stations à défaut de rendre compte de toutes les valeurs isolées. Le comportement de la concentration en nitrates pendant les crues a été étudié sur le Ruiné à un pas de temps horaire. Nous avons observé, dans la relation avec les débits, des formes d'hystérésis analogues à celles qui se présentent avec les matières en suspension, ce qui témoigne de la complexité des phénomènes de lessivage et de transfert dans ce bassin versant. Ces processus ne peuvent être convenablement reproduits à l'heure actuelle, qu'au prix d'une variation des paramètres du modèle qu'il reste encore à expliquer.

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Seiller, Gregory. "Évaluation de la sensibilité des projections hydrologiques au choix des outils hydro-météorologiques globaux conceptuels - Approche multimodèle." Thesis, Université Laval, 2013. http://www.theses.ulaval.ca/2013/30064/30064.pdf.

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Abstract:

La modélisation des impacts des changements climatiques sur les ressources hydriques d’un territoire est une préoccupation grandissante pour la communauté scientifique œuvrant dans les domaines des ressources en eau. Cette tâche est complexe car elle recèle de nombreuses incertitudes se cumulant lors du processus de modélisation, de la définition des scénarios de gaz à effet de serre jusqu’à la réalisation des projections hydrologiques. L’ensemble des outils de modélisation employés influence alors potentiellement notre capacité à réaliser un diagnostic des impacts des changements climatiques. Dans ce contexte, l’incertitude de modélisation associée à 20 modèles hydrologiques globaux conceptuels, 24 formules d’évapotranspiration potentielle et 7 modules de neige a été évaluée sur deux bassins versants : au Saumon (Province de Québec, Canada) et Schlehdorf (État de la Bavière, Allemagne). Les travaux menés cherchent à apprécier dans un premier temps la capacité de transposabilité des modèles hydrologiques ainsi que matérialiser l’intérêt d’une approche multimodèle dans ce contexte de changements climatiques. Par la suite, la démarche évalue la contribution des différents outils à l’incertitude cumulée, puis cherche à comprendre l’origine de leur sensibilité. Cette analyse s’appuie sur l’usage de critères de performance, de représentations graphiques des écoulements, d’outils statistiques et d’indicateurs hydrologiques du changement. Les incertitudes liées aux membres climatiques sont également évaluées pour le bassin versant québécois et permettent une comparaison avec les outils principalement étudiés. Les résultats révèlent que notre capacité à produire un diagnostic de l’incidence du changement climatique sur le régime hydrique des deux bassins versants est distinctement affectée par le choix des outils hydro-météorologiques globaux conceptuels. Chacun de ceux-ci ajoute à l’incertitude avec cependant une plus grande prédominance liée au choix des formules d’évapotranspiration potentielle et des modèles hydrologiques, les modules de neige étant eux plus transparents. Néanmoins, l’analyse comparative indique que le choix du membre climatique apporte encore plus à l’incertitude cumulée que les outils spécifiquement évalués. Ces travaux permettent d’apporter une réponse détaillée sur notre capacité à réaliser un diagnostic des impacts des changements climatiques sur les ressources hydriques de deux bassins, ainsi que de proposer une démarche méthodologique originale pouvant être directement appliquée ou adaptée à d’autres contextes hydro-climatiques.
Modeling climate change impacts on water resources remains one of the major challenges for the scientific community. This task is complex and contains numerous cumulated uncertainties all along the modeling process, from the greenhouse gas scenarios definition to the hydrological projections. All the modeling tools can thus potentially affect our ability to render a diagnosis of the impacts of climate changes on water resources. In this context, modeling uncertainty related to 20 lumped conceptual hydrological models, 24 potential evapotranspiration formulations, and 7 snow modules was evaluated on two catchments: au Saumon (Province of Quebec, Canada) and Schlehdorf (State of Bavaria, Germany). This work first assessed the transposability in time of the hydrological models and examined the interest of the multimodel approach in a climate change context. Then, contribution of the different tools to cumulated uncertainty is evaluated, followed by an investigation of individual sensitivity origins. This analysis was based on performance criteria, discharge graphical displays, statistics tools, and hydrological indicators of changes in water resources. More, uncertainties related to climatic members are also appraised on the Quebec catchment to allow a direct comparison with the principal studied tools. Results demonstrated that our capacity to render a diagnosis of the impacts of climate change on water resources on the two studied catchments was highly connected to the choice of the hydro-meteorological lumped modeling tools. Each one contributed to the total uncertainty; however, with a larger prevalence for the potential evapotranspiration formulations and hydrological models, snow modules being more neutral. Nevertheless, comparative analysis showed that the selection of a climatic member was affecting the total uncertainty the most. This research proposed a detailed analysis on our capacity to realise a diagnosis of the impacts of climate change on water resources for two studied catchments and provided a specific and original methodology directly applicable and adjustable to other hydro-climatic contexts.

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Wendling, Jacques. "Modélisation pluie-débit en zone méditerranéenne : comparaison d'approches globaels/distribuées, conceptuelles/physico-déterministes : essai de prise en compte de la variabilité spatiale des pluies (application au bassin versant du Réal Collobrier)." Grenoble INPG, 1992. http://www.theses.fr/1992INPG0012.

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Abstract:

Ce memoire essaye d'evaluer les ameliorations pouvant etre obtenues par l'utilisation d'un modele a base physique semi-distribue (topmodel), plutot qu'un modele global conceptuel (hydrogramme unitaire identifie par la methode d. P. F. T. ,. . . ). Pour cela nous avons d'abord cree des resultats de reference en appliquant la methode d. P. F. T. Couplee a differentes fonctions de production conceptuelles, ainsi qu'un modele de stockage (gr3h) a un jeu de 41 evenements divise en deux echantillons de calibration et de validation. Ensuite, nous avons applique une version semi-distribuee de topmodel sur le meme bassin versant divise en 20 sous-unites geographiques. Nous avons inclus quelques modifications pour adapter ce modele au climat mediterraneen (interception). Puis, nous avons developpe des versions globales de topmodel tournees vers un but operationnel et graduellement plus simplistes. L'utilisation d'une fonction de transfert de type hydrogramme unitaire s'est montree bien plus avantageuse qu'une approche physique. Finalement, nous avons etudie l'influence de la variabilite spatiale de la pluie, aussi bien a travers des indices globaux de non-uniformite pour les modeles globaux, qu'a travers des pluies reellement variees dans une version semi-distribuee de topmodel. Quel que soit le cas de figure, aucune amelioration significative n'est apparue

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Tootchifatidehi, Ardalan. "Development of a global wetland map and application to describe hillslope hydrology in the ORCHIDEE land surface model." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS390.

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Abstract:

Les zones humides jouent un rôle important dans le fonctionnement du système Terre aussi bien à l’échelle locale via un effet tampon sur les crues et épurateur de l’eau (dénitrification) que régionalement, du fait de leurs interactions avec l’atmosphère et de leur contribution majeure aux émissions de méthane. Leur représentation dans les modèles climatiques planétaires requiert une connaissance approfondie à la fois de leur distribution géographique et de leur hydrologie. Il y a un vaste désaccord sur l’estimation de l’étendue globale des zones humides, comprise entre 3% et 21% de la surface terrestre continentale, selon les méthodes employées. Ces contradictions s’expliquent par une représentation incomplète par les modèles hydrogéologiques des zones régulièrement inondées identifiées par l’imagerie satellitaire, qui peine en revanche à détecter les zones humides alimentées par les eaux souterraines. Peu visibles, elles sont également sous-estimées par la plupart des inventaires. La première étape de la thèse s’est donc focalisée sur la construction d’une carte mondiale des zones humides visant à concilier ces différences, par la distinction de ces deux types de zones humides, obtenus par combinaison des méthodes d’imagerie des eaux de surface et de modélisation des eaux souterraines. La proportion de zones humides à la surface du globe (21%) se situe dans la fourchette haute des estimations précédentes et concorde avec de nombreuses études régionales récentes, notamment en France et aux Etats-Unis. Dans une seconde étape, cette carte a servi d’entrée à une nouvelle version du modèle ORCHIDEE, qui décrit les surfaces continentales dans le modèle de climat de l’IPSL. La carte permet de distinguer dans chaque maille du modèle une fraction humide qui correspond aux fonds de vallée et reçoit les écoulements de la fraction haute, ce qui y rend possible le développement d’une nappe proche de la surface dont la profondeur répond au climat. Cette nouvelle version, dite ORCHIDEE-GW, a été testée dans le bassin de la Seine par comparaison à des observations de débit, d’évapotranspiration et de profondeur de nappe et afin de mieux comprendre l’effet des paramètres mal contraints tels que la profondeur du sol ou la formulation du flux nappe-rivière. Les effets principaux sont une augmentation de l’évaporation, une baisse des débits et un effet refroidissant, dont les conséquences sur le climat présent mais aussi futur sont une perspective importante à ce travail
Wetlands have significant functions in the Earth’s climate system both at local scales through their buffering effect on floods and water purification (denitrification) and also at a larger scale with their feedbacks to the atmosphere and its role in methane emission. To include wetlands in climate models globally, both their geographic distribution and hydrology should be known. There is a massive inconsistency among wetland mapping methods and wetland extent estimates (from 3 to 21% of the land surface area), rooted in imagery disturbances, underestimation of the groundwater driven wetlands in inventories or imprecise representation of flooded zones in GW modellings. In the framework of this PhD project, first by developing a global wetland map through a multi-source data fusion method we provide a simple applied classification for wetlands hydrological roles. Wetlands’ global extent is estimated to be almost 24.3 106 km2 (including lakes). The core distinction between classes is the flooding conditions and the water source, either coming from surface streams or groundwater convergence. In the next step, we modelled the wetlands’ role on surface processes in ORCHIDEE land surface model which was the testing platform for this new hydrologic scheme at large scale. The basic assumption in the new version (ORCHIDEE-GW) in this sub-grid procedures is that the deep drainage from the uplands converges over lowland wet fraction in parallel to infiltration from precipitation. Simulations over the contemporary era under climate forcing shows that the water table goes deeper with increased potential wetland fraction. The water table is shallow enough to be considered actual wetland when the potential wetland fraction is less than 0.2 over the Seine River Basin. The evapotranspiration rate increases by almost 3% with ORCHIDEE-GW because of the increased soil moisture in the wetland soil column. Increased soil moisture in the wet fraction affects the soil surface temperature as well. The future applications of this PhD work can be to explicitly introduce the biogeochemical procedures in wetlands in a dynamic manner to study the feedback effects of wetlands on climate and the Carbon cycle

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Delcourt, Charlotte. "Dynamique, hydrologie sous-glaciaire et régime polythermal du Glacier McCall, Alaska, USA: approche combinée par techniques radar et modélisation numérique." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2012. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/209648.

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Abstract:

Dans le contexte actuel du changement climatique, les glaciers arctiques contribuent de manière importante à l’élévation du niveau marin. Parmi eux, les glaciers dits « polythermaux » sont relativement répandus mais leur comportement demeure toujours mal connu. Afin de mieux comprendre la réponse de ces glaciers aux modifications du climat, nous nous somme intéressés au glacier McCall, situé en Alaska arctique, une zone marquée par un réchauffement du climat relativement prononcé.

Nous avons utilisé les techniques modernes de radio-écho sondage (radar) et de modélisation numérique, en combinaison avec des observations et mesures de terrain, afin d’identifier les processus physiques responsables de l’évolution de ce glacier ces dernières décennies.

Les données radar ont permis de reconstituer la géométrie actuelle du glacier, de distinguer les zones de glace « froide » (dont la température est située sous le point de fusion) des zones de glace « chaude » (température au point de fusion), ainsi que de détecter la présence d’eau à la base du glacier.

Ces informations ont été introduites dans un modèle à deux dimensions d’écoulement de la glace, afin de simuler le retrait du glacier depuis le Petit Age de la Glace (fin du 19ème siècle) selon différents scenarios.

Les résultats montrent que le modèle est capable de simuler l’évolution du glacier ces dernières décennies de manière réaliste et que le glacier McCall peut-être considéré comme un bon indicateur du changement climatique. Ils démontrent également que le retrait du front du glacier est principalement dû aux perturbations de son bilan de masse, chaque jour plus négatif. Cependant, la percolation et le regel d’une partie de l’eau de fonte sont des processus essentiels pour expliquer le maintien du glacier. Ceux-ci ont pour effet d’ajouter de la glace à l’ensemble du système qui serait autrement perdue par écoulement et drainage. De plus, ils ont paradoxalement pour effet de diminuer la température de la glace et participent donc à ralentir sa perte de masse.

En conclusion, la tendance générale au retrait du glacier McCall se confirme pour les années à venir et sa disparition semble inévitable. Cependant, nos résultats suggèrent que cette évolution future pourrait être moins rapide qu’annoncé, en raison de phénomènes complexes de regel d’une partie de l’eau de fonte jouant un rôle « tampon » en contrebalançant les effets directs du réchauffement atmosphérique dans la région.

Doctorat en Sciences
info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Dezetter, Alain. "Modélisation globale de la relation pluie débit : application en zone de savanes soudanaises (Nord-Ouest de la Côte-d'Ivoire)." Montpellier 2, 1991. http://www.theses.fr/1991MON20173.

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Abstract:

Trois modeles globaux de relation pluie debit (creg, gr3 et modglo) sont utilises en zone de savanes soudanaises dans le nord-ouest de la cote d'ivoire, dans un but de prevision des apports decadaires et de gestion des ressources en eau. Apres la selection d'un critere numerique de calage et la mise au point d'un module d'evaluation comparative des hydrogrammes, les trois modeles sont cales pour 91 stations-annees reparties en 20 bassins versants de 120 a 4700 km#2. L'analyse de ces calages conduit a la mise au point d'equations de predetermination des parametres incluant des parametres d'occupation du sol (% de cultures). Ces equations, une fois testees et validees, permettent d'envisager l'utilisation de ces modeles pour des bassins versants non jauges afin de fournir des hydrogrammes decadaires de precision acceptable pour des amenageurs et des gestionnaires de projets a vocation agricole

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Mouelhi, Safouane. "Vers une chaîne cohérente de modèles pluie-débit conceptuels globaux aux pas de temps pluriannuel, annuel, mensuel et journalier." Paris, ENGREF, 2003. https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-00005696.

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Abstract:

Pour différentes superficies, allant d'une maille de quelques mètres carrés au bassin versant de quelques dizaines de milliers de kilomètres carrés, et pour une échelle de temps variant du pas de temps horaire jusqu'au pas de temps pluriannuel, Il existe une littérature très riche qui va de la proposition de divers types de modèles jusqu'à la critique de ceux ci. Cependant, rares sont les auteurs qui se sont intéressés à la modélisation avec une vue d'ensemble de tous les principaux pas de temps. La présente thèse tente de répondre à une question qui nous semble intéressante : peut-on tirer profit de l'échelle de temps dans la modélisation pluie-débit en vue d'obtenir des modèles cohérents entre eux? Nous nous sommes intéressés dans ce travail de recherche à la modélisation pluie-débit conceptuelle globale aux pas de temps pluriannuel, annuel et mensuel. Pour chaque pas de temps, nous avons procédé à une étude comparative des modèles tirés de la littérature en les testanat sur un échantillon de 429 bassins verants de caractéristiques hydro-climatiques très variables. Grâce à des allers-retours entre les pas de temps, nous avons largement amélioré les modèles disponibles pour chaque pas de temps. Ainsi nous avons pu proposer trois modèles conceptuels globaux aux pas de temps pluriannuel, annuel et mensuel. De plus, suite à une vue d'ensemble de ces trois pas de temps, en y ajoutant le pas de temps journalier, nous avons décelé une cohérence dans la présence d'un échange souterrain indiquant clairement qu'un bassin versant est un système qui est ouvert sur toutes les frontières et pas seulement sur celle avec l'atmosphère
The hydrologic literaure abounds in description of models with various temporal scale (from hourly to several years) that are applied on wide range of cathment sizes (from a few square meters to a few tens thousands of square kilometres). However, few authors have looked at the overall coherence of thse models developed at different time steps. The present thesis tries to answer an interesting question : Is it possible to see in this various time scales a mean to rationalize the corresponding modelling endeavours and obtain more efficient and more coherent models? Our work here, was mainly concerned with three time-steps: several years, one year and one month. For each time step we compared models from the literature, checking them against data from 429 basins featuring contrasting climatic conditions. Thanks to several going to and fro between those time steps, we greatly improved the models available for the three studies time steps. We proposed three lumped coneptual models for these three time. Considering a similar model developed for the daily time step, we could get an overall view of the modeling exercise for these four time steps and we found an abiding feature in all of them. This cammon only with the overlying atmosphere

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Yassine, Rabab. "Evaluation de l'efficience probable d'un projet de restauration fonctionnelle et durable d'un cours d'eau." Thesis, Toulouse, INPT, 2020. http://www.theses.fr/2020INPT0057.

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Abstract:

La restauration des cours d'eau de montagne ainsi que l'évolution du contexte hydro-sédimentaire et des facteurs de contrôle associés (climat, modification des usages de sol, reboisement, anthropisation, etc.) ont été amplement étudiées dans les bassins versants alpins. Les cours d'eau pyrénéens restent quant à eux très peu documentés et les connaissances concernant leur dynamique torrentielle sont limitées. Pour autant, les problématiques observées récemment dans ces bassins, et les quelques trajectoires d'évolution renseignées tendent à montrer des changements allant sur la même tendance. Ce travail de recherche a l'ambition d'aborder, sous une approche globale et systémique, un projet de restauration d'un tronçon de rivière de montagne. La démarche méthodologique adoptée se veut pluridisciplinaire. La dynamique du système est ainsi appréhendée sous différents angles et différentes échelles, nécessitant l'intervention de domaines scientifiques variés (hydrologie, hydraulique, géomorphologie, risques). Les objectifs de la thèse sont nombreux. Le premier concerne la compréhension des évolutions du tronçon du Lac des Gaves, au sein du bassin versant du Gave de Pau dans les Hautes-Pyrénées et du système torrentiel en amont immédiat. Il s’agit d'identifier les différents forçages (anthropiques et naturels) ayant conduit au contexte hydro-sédimentaire actuel à travers une approche rétrospective et expérimentale. Il résulte de cette analyse une caractérisation de l’évolution du contexte sédimentaire du bassin versant du Gave de Pau sur huit périodes, indiquant que ce dernier se situe toujours dans une période de réajustement post-crue de juin 2013. Le second concerne la quantification du comportement des flux liquide et solide provenant du système torrentiel amont afin de comprendre leurs effets sur le milieu physique étudié et de fixer des ordres de grandeur. Pour ce faire, une modélisation hydrologique avec le modèle MARINE à l’échelle du bassin versant est effectuée afin de reconstituer les événements de crues majeurs et d’alimenter le modèle hydro-sédimentaire bidimensionnel développé à l’échelle du tronçon avec le modèle TELEMAC. Cette approche montre à quel point il est difficile d’effectuer des estimations précises de l’hydrologie en terrains de montagne et que, si de bons résultats peuvent être observés en aval, il reste compliqué de trouver un consensus pour la calibration du modèle en amont. A l’échelle du tronçon, les résultats témoignent de la difficulté de reproduire l’évolution d’un chenal à morphologie très complexe. Des calculs de bilans sédimentaires ont également été conduits dans le but d’identifier la quantité de matériaux arrivant au Lac des Gaves et modifiant potentiellement sa morphologie. Cette démarche a permis de sélectionner une formule adaptée au bassin versant du Gave de Pau et d’obtenir des ordres de grandeur des volumes de matériaux provenant du système torrentiel amont. Enfin, ce projet de restauration suscite vivement l’intérêt de différentes parties prenantes des vallées des Gaves. Les enjeux sont multiples et une mesure de restauration donnée peut impacter significativement la sécurité des biens et des personnes, les différents aspects socio-économiques et la continuité écologique du système. Afin d’intégrer ces différents critères, une approche participative impliquant les parties prenantes du projet est déployée sous la forme d’une méthodologie orientée système. Pour soutenir cette approche, les Réseaux Bayésiens sont utilisés comme outils de modélisation de par leur propension à combiner des connaissances transdisciplinaires, multidimensionnelles et des données de natures diverses. Leur utilisation comme support à la prise de décision dans le cadre d’un projet de restauration de cours d’eau est finalement abordée et appliquée au cas d’étude particulier du Lac des Gaves
The restoration of mountain rivers as well as the evolution of the hydro-sedimentary context and associated control factors (climate, land use change, reforestation, human impacts, etc.) have been widely studied in Alpine catchment areas. Pyrenean watercourses remain very poorly documented and knowledge related to their torrential dynamics is limited. However, the problems observed recently and the evolutionary trajectories documented tend to show the same tendencies. The aim of this research project is to address, under a global and systemic approach, a restoration project of a mountain river reach. The methodological approach adopted is intended to be multidisciplinary. The system dynamics is thus apprehended from different angles and scales, requiring the intervention of various scientific fields (hydrology, hydraulics, geomorphology, risks). The objectives of the thesis are numerous. The first addresses the understanding of the evolution of the “Lac des Gaves” reach, within the Gave de Pau watershed in the Hautes- Pyrénées department as well as the torrential system immediately upstream. The aim is to identify the different pressures (anthropic and natural) that led to the current hydro-sedimentary context through a diachronic and experimental approach. The result of this analysis is the characterization of the evolution of the Gave de Pau watershed’s sedimentary context over eight periods, indicating that it is still in a post-flood readjustment period. The second concerns the quantification of the behaviour of liquid and solid flows coming from the upstream torrential system in order to understand their effects on the physical environment studied and to set orders of magnitude. To this end, hydrological modelling with the MARINE model at the watershed scale is carried out in order to reproduce the major flood events and to feed the two-dimensional hydro-morphological model developed at the reach scale with the TELEMAC model. This approach demonstrates how difficult it is to make precise estimates of hydrology in mountainous catchments and that, while good results can be observed downstream, it remains complicated to find a consensus for the calibration of the model upstream. At the section scale, the results reveal the challenge to reproduce the evolution of a channel with a very complex morphology. Sediment budget calculations were also performed in order to identify the quantity of material arriving at the “Lac des Gaves” and potentially modifying its morphology. This approach made it possible to select a formula adapted to the Gave de Pau watershed and to obtain orders of magnitude of the volumes of sediments coming from the upstream torrential system. Finally, this restoration project is of big interest for the various stakeholders in the Gaves valleys. The stakes are multiple and a given restoration measure can significantly impact the safety of goods and people, the various socio-economic aspects and the ecological continuity of the system. In order to integrate these different criteria, a participatory approach involving the project stakeholders is deployed in the form of a system-oriented methodology. To support this approach, the Bayesian Networks are used as modelling tools because of their propensity to combine transdisciplinary and multidimensional knowledge as well as data of various kinds. Their use as a decision-making support in the framework of a river restoration project is finally addressed and applied to the specific case study of the Lac des Gaves

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Emmanuel, Isabelle. "Evaluation de l'apport de la mesure de pluie par radar météorologique pour la modélisation pluie-débit de petits bassins versants." Phd thesis, Ecole centrale de Nantes, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00709754.

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Abstract:

Le lien entre la variabilité spatiale de la pluie et la réponse hydrologique des bassins versants devient un sujet important au moment où l'usage des images radar météorologique se développe. Ce développement soulève la question suivante : quel niveau de détails faut-il prendre en compte pour la distribution spatiale des précipitations en modélisation pluie-débit ? Cette question a été abordée par de nombreuses études mais aucune conclusion claire n'a encore été établie. L'objectif de cette thèse est d'évaluer dans quel contexte une connaissance détaillée des précipitations est pertinente pour la modélisation des débits à l'exutoire de bassins versants de quelques dizaines à quelques centaines de km² et, ceci, en procédant par simulation. Afin de limiter les erreurs de modélisation et de mesure de pluie, de contrôler la variabilité spatiale des précipitations ainsi que les caractéristiques et le fonctionnement hydrologique des bassins versants, une chaîne de simulation, comprenant un simulateur de pluie, un simulateur de bassins versants et un modèle pluie-débit distribué, a été utilisée. Deux niveaux de connaissance des champs pluvieux ont été considérés : une connaissance détaillée et une moyennée. Les résultats des tests réalisés indiquent que la prise en compte de la variabilité spatiale des champs pluvieux peut représenter une plus-value pour estimer les débits, plus-value qui est cependant dépendante des caractéristiques des champs pluvieux et des bassins versants. Une étude de cas, effectuée sur un vrai bassin versant et en utilisant des champs pluvieux mesurés par radar, nous a permis d'aborder la vérification de la pertinence des résultats obtenus par simulation.

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Moulin, Laetitia. "Prévision des crues rapides avec des modèles hydrologiques globaux : application aux bassins opérationnels de la Loire supérieure : évaluation des modélisations, prise en compte des incertitudes sur les précipitations moyennes spatiales et utilisation de prévisions météorologiques." Paris, AgroParisTech, 2007. http://pastel.paristech.org/5392/01/MOULIN_et_couverture.pdf.

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Abstract:

Ce travail propose d’évaluer, dans le cas des bassins versants de la Loire supérieure, l’intérêt de modèles pluie-débit globaux pour la prévision opérationnelle des crues rapides. Après une description du bassin à Bas-en-Basset, l’analyse critique des jeux de données disponibles met en évidence leur richesse, mais aussi leurs défauts. La grande variété des événements hydrométéorologiques touchant ces bassins apparaît particulièrement intéressante pour comparer des modèles hydrologiques. Des modèles conceptuels simples sont apparus plus robustes et souvent plus performants que des modèles statistiques ou des réseaux de neurones artiﬁciels. Des critères spéciﬁques à la prévision des crues mettent en évidence les informations sur l’évolution immédiate des débits apportées par la transformation de la pluie en débit, même si les erreurs de modélisation restent importantes et ﬁnalement proches d’un modèle à l’autre. Un effort particulier a été porté sur l’estimation par krigeage des précipitations moyennes spatiales, pour lesquelles un modèle d’erreur est proposé et validé sur les données. Ces incertitudes, propagées dans les modèles pluie-débit, contribuent, selon la taille des bassins, à une part variable de l’erreur totale de modélisation. Enﬁn un travail exploratoire a montré l’intérêt d’inclure des prévisions de pluies probabilisées dans une chaîne hydrométéorologique, pour augmenter les délais d’anticipation et prendre en compte les incertitudes associées. Toutefois, la disponibilité de ces prévisions impose des traitements préalables à leur utilisation. Il ressort que des outils simples peuvent laisser envisager des améliorations dans ce domaine encore très perfectible de la prévision des crues
The aim of the present work is the evaluation of lumped rainfall-runoff (RR) models for ﬂood forecasting in the case of upper Loire river catchments. Following the description of Loire catchment at Bas-en-Basset, an analysis demonstrates both the worth and the ﬂaws of presently available data sets. The high variability of these hydrometeorological events enables us to compare RR models in particularly difﬁcult but interesting contexts. Simple conceptual models appear more robust and often more efﬁcient than data-driven models. A further evaluation, based on speciﬁc criteria for ﬂood forecasting, highlight the information about ﬂood evolution provided by conceptual RR models, even though modelling errors remain altogether signiﬁcant while the various models behave in a similar way. Estimation of mean areal precipitation is conducted with kriging tools and a model of uncertainty on mean areal precipitation estimation is proposed and validated on data. These uncertainties are then propagated within RR models. Their impact is reasonably different with respect to catchment size, as a variable part of the global modelling error may be explained. Finally, an exploratory work has demonstrated the usefulness of taking into account probabilistic precipitation forecast into a hydrometeorological chain: longer anticipation has consequently been obtained. Although pre-processing linked to these forecast availability is absolutely necessary As a conclusion, simple tools let us expect improvements in this very perfectible ﬁeld

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Hattermann, Fred Fokko. "Integrated modelling of Global Change impacts in the German Elbe River Basin." Phd thesis, Universität Potsdam, 2005. http://opus.kobv.de/ubp/volltexte/2005/605/.

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Abstract:

The scope of this study is to investigate the environmental change in the German part of the Elbe river basin, whereby the focus is on two water related problems: having too little water and having water of poor quality.

The Elbe region is representative of humid to semi-humid landscapes in central Europe, where water availability during the summer season is the limiting factor for plant growth and crop yields, especially in the loess areas, where the annual precipitation is lower than 500 mm. It is most likely that water quantity problems will accelerate in future, because both the observed and the projected climate trend show an increase in temperature and a decrease in annual precipitation, especially in the summer. Another problem is nutrient pollution of rivers and lakes. In the early 1990s, the Elbe was one of the most heavily polluted rivers in Europe. Even though nutrient emissions from point sources have notably decreased in the basin due to reduction of industrial sources and introduction of new and improved sewage treatment facilities, the diffuse sources of pollution are still not sufficiently controlled.

The investigations have been done using the eco-hydrological model SWIM (Soil and Water Integrated Model), which has been embedded in a model framework of climate and agro-economic models. A global scenario of climate and agro-economic change has been regionalized to generate transient climate forcing data and land use boundary conditions for the model. The model was used to transform the climate and land use changes into altered evapotranspiration, groundwater recharge, crop yields and river discharge, and to investigate the development of water quality in the river basin. Particular emphasis was given to assessing the significance of the impacts on the hydrology, taking into account in the analysis the inherent uncertainty of the regional climate change as well as the uncertainty in the results of the model.

The average trend of the regional climate change scenario indicates a decrease in mean annual precipitation up to 2055 of about 1.5 %, but with high uncertainty (covering the range from -15.3 % to +14.8 %), and a less uncertain increase in temperature of approximately 1.4 K. The relatively small change in precipitation in conjunction with the change in temperature leads to severe impacts on groundwater recharge and river flow. Increasing temperature induces longer vegetation periods, and the seasonality of the flow regime changes towards longer low flow spells in summer. As a results the water availability will decrease on average of the scenario simulations by approximately 15 %. The increase in temperatures will improve the growth conditions for temperature limited crops like maize. The uncertainty of the climate trend is particularly high in regions where the change is the highest.

The simulation results for the Nuthe subbasin of the Elbe indicate that retention processes in groundwater, wetlands and riparian zones have a high potential to reduce the nitrate concentrations of rivers and lakes in the basin, because they are located at the interface between catchment area and surface water bodies, where they are controlling the diffuse nutrient inputs. The relatively high retention of nitrate in the Nuthe basin is due to the long residence time of water in the subsurface (about 40 years), with good conditions for denitrification, and due to nitrate retention and plant uptake in wetlands and riparian zones.

The concluding result of the study is that the natural environment and communities in parts of Central Europe will have considerably lower water resources under scenario conditions. The water quality will improve, but due to the long residence time of water and nutrients in the subsurface, this improvement will be slower in areas where the conditions for nutrient turn-over in the subsurface are poor.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung der Auswirkungen des Globalen Wandels auf den Wasserkreislauf im deutschen Teil des Elbeeinzugsgebietes. Der Fokus liegt dabei auf Wassermengen- und Wasserqualitätsproblemen.

Die Elbe liegt im Zentrum Europas im Übergangsbereich zwischen ozeanischen und kontinentalen Klimaten, wo die Wasserverfügbarkeit in den Sommermonaten den limitierenden Faktor für das Pflanzenwachstum und die landwirtschaftlichen Erträge bildet. Dies gilt insbesondere für die Lössgebiete im Lee des Harzes, wo die jährlichen Niederschläge unter 500 mm liegen. Es ist sehr wahrscheinlich, dass sich die Wassermengenprobleme in Zukunft noch verstärken werden, denn sowohl das beobachtete als auch das für die Zukunft projizierte Klima in der Region zeigen höhere Temperaturen und fallende Niederschläge, besonders im Sommer. Ein weiteres Problem ist die hohe Nährstoffbelastung der Flüsse und Seen im Elbeeinzugsgebiet. Anfang der neunziger Jahre war die Elbe eine der am stärksten belasteten Flüsse in Europa. Obwohl die Einträge besonders aus Punktquellen durch den Rückgang der Industrie und den Bau von neuen Kläranlagen seitdem gefallen sind, gelangen trotzdem noch große Nährstoffmengen aus diffusen Quellen in die Gewässer.

Die Untersuchungen wurden unter Anwendung des ökohydrologischen Modells SWIM (Soil and Water Integrated Model) durchgeführt, welches über Schnittstellen mit Klimamodellen und agroökonomischen Modellen verbunden wurde. Ein globales Szenario des Klimawandels und des landwirtschaftlichen Wandels wurde regionalisiert, um so die geänderten Randbedingungen für den Szenarienzeitraum zu erhalten. Simulationen mit SWIM dienten dann dazu, die geänderten Randbedingungen in Änderungen im Wasserhaushalt und in den landwirtschaftlichen Erträgen zu transformieren. Außerdem wurde das Langzeitverhalten von Nährstoffen im Untersuchungsgebiet modelliert. Besonderer Wert wurde dabei darauf gelegt, die Unsicherheit der Szenarienergebnisse zu quantifizieren.

Der mittlere Szenarientrend zeigt eine Reduzierung der mittleren jährlichen Niederschläge bis zum Jahre 2055 um ungefähr 1.5 %, wobei die Ergebnisse mit einer großen Unsicherheit behaftet sind: die Spannweite der Niederschläge in den Szenarienrealisationen liegt zwischen -15.3 % und +14.8 %. Die Erwärmung unter Szenarienbedingungen mit ungefähr 1.4 K ist weniger unsicher. Diese relativ geringen Änderungen habe starke Auswirkungen auf den Wasserhaushalt im Elbegebiet: durch die steigenden Temperaturen wird die Vegetationszeit verlängert, und die Niedrigabflussperiode im Sommer wird sich in den Herbst ausdehnen. Insgesamt wird unter dem mittleren Szenarientrend die Wasserverfügbarkeit um ca. 15 % abnehmen. Außerdem werden sich durch die steigenden Temperaturen die Anbaubedingungen für wärmeliebende Ackerfrüchte in der Landwirtschaft verbessern. Die Unsicherheit des Klimatrends ist dort am größten, wo auch die lokalen Änderungen am größten sind.

Die Simulationsergebnisse für das Nuthe-Teileinzugsgebiet der Elbe zeigen, das Retentionsprozesse im Untergrund und in den Feucht- und Auengebieten einen starken Einfluss auf die Wasserqualität und die Nitratkonzentration der Oberflächengewässer haben, da sie durch ihre Lage im Einzugsgebiet eine Schnittstelle zwischen dem umliegenden Einzugsgebiet und den Flüssen und Seen bilden. Die relativ hohe Umsetzung von Nitrat im Einzugsgebiet der Nuthe kann dadurch erklärt werden, dass Nitrat eine relativ lange Aufenthaltszeit im Grundwasser (im Mittel 40 Jahre) mit einer hohen Nitratumsetzungsrate hat, und durch die guten Denitrifizierungsbedingungen in den Feucht- und Auengebieten. Dazu kommt noch, dass große Nitratmengen durch die Pflanzen in den Feuchtgebieten aus dem Grundwasser aufgenommen werden.

Zusammenfassend kann man sagen, das sich die Ökosysteme und die Gesellschaft im Elbeeinzugsgebiet unter Szenarienbedingungen auf niedrigere Wasserverfügbarkeit einstellen müssen. Die Wasserqualität wird sich grundsätzlich zwar weiter verbessern, aber aufgrund der langen Verweilzeit der Nährstoffe im Grundwasser wird dies insbesondere in den Teileinzugsgebieten, in denen die geochemischen Bedingungen für einen hohen Nährstoffumsatz nicht gegeben sind, noch relativ lange dauern.

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Velluet, Cécile. "Modélisation et analyse pluriannuelles du fonctionnement hydrologique et énergétique de deux écosystèmes dominants au Sahel agropastoral (Sud-Ouest Niger)." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01002273.

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Abstract:

Le Sahel est particulièrement exposé à la variabilité de la mousson Ouest-Africaine dont les répercussions socio-économiques peuvent prendre un caractère dramatique. Cette région est en outre confrontée à l'une des plus fortes croissances démographiques jamais observées, se traduisant par une pression toujours plus forte sur de faibles ressources naturelles et un environnement fragile. Dans ce contexte, un enjeu important se situe dans notre capacité à proposer des outils aidant au suivi des ressources hydriques et végétales, et permettant d'anticiper les impacts climatiques et anthropiques à moyen terme sur ces ressources. Pour cela, il est indispensable d'étudier et mieux comprendre les processus d'échanges d'énergie et de matière à l'interface terre-atmosphère, qui contribuent à la régulation de la mousson d'une part et gouvernent le cycle hydrologique local et le développement végétal d'autre part. Les travaux réalisés s'inscrivent dans cette problématique, portant précisément sur l'analyse des cycles de l'eau et de l'énergie en région sahélienne sous les effets combinés du climat et de l'activité humaine. La démarche s'appuie sur une méthodologie alliant observations in situ et modélisation à base physique. L'étude a été réalisée dans la région centrale du Sahel, dont le système agricole traditionnel associe pastoralisme et cultures pluviales en alternance avec la jachère. Elle s'est appuyée sur le réseau d'observations éco-hydrologiques et énergétiques acquises en continu durant 7 années (2005-2012) par l'Observatoire AMMA CATCH au Sud-Ouest Niger. La qualité et la cohérence de ces observations ont permis de dresser des grands traits du fonctionnement éco-hydrologique des deux couverts végétaux les plus répandus dans la région : cultures de mil et jachères arbustives. Les observations ne permettent cependant pas à elles seules d'établir des bilans complets aux différentes échelles temporelles d'intérêt (infra-journalière à interannuelle). Une modélisation couplée détaillée des cycles de l'énergie et de l'eau a par conséquent été élaborée pour ces deux couverts, à l'aide du modèle de transferts sol-plante-atmosphère SiSPAT. Etalonné sur une période de 2 ans, le modèle a ensuite été validé sur les 5 autres années d'observation, en contraignant les paramètres du modèle à des valeurs physiquement réalistes. En bon accord avec les observations, cette modélisation pluriannuelle s'est révélée être un outil d'analyse précieux, intégrant toute la pertinence, la richesse et la cohérence du jeu de données. La représentativité de la période étudiée a permis d'en exploiter les résultats pour (1) analyser l'impact de la variabilité climatique sur les bilans d'eau et d'énergie aux différentes échelles temporelles et (2) fournir une première climatologie des flux et stocks d'eau et d'énergie à l'interface sol-végétation-atmosphère, à ces mêmes échelles. Les similitudes et différences de fonctionnement éco-hydrologique et énergétique entre écosystèmes ont été mises en évidence. Par exemple, l'évapotranspiration représente plus de 80% des précipitations annuelles et près de la moitié du rayonnement global au cœur de la mousson pour les deux sites. Sa distribution saisonnière et son partitionnement en évaporation du sol et transpiration des plantes diffèrent néanmoins entre les deux écosystèmes, tout comme le ruissellement, et le drainage sous la zone racinaire. Ce dernier apparaît significatif pour le champ de mil mais pas pour la jachère. Une analyse de sensibilité des processus aux caractéristiques du sol et du couvert a été réalisée. La robustesse des résultats produits devrait leur permettre de servir de référence pour les études des processus hydrologiques et énergétiques dans cette région. La modélisation ainsi construite présente un potentiel évident pour des études prospectives, relatives notamment au changement climatique ou à une évolution des pratiques agricoles.

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El, Janyani Sanae. "Incidence des bétoires et de la karstogenèse des plateaux crayeux de la Haute-Normandie sur le fonctionnement hydrologique de l'aquifère de la craie : modélisation hydrogéologique des influences climatiques à différentes échelles spatio-temporelles." Phd thesis, Université de Rouen, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00920267.

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Abstract:

Le karst de la craie des plateaux de Haute-Normandie comprend dans sa partie supérieure une zone épikarstique avec les formations résiduelles à silex recouvertes par une couverture de loess du Quaternaire. Des plateaux au relief monotone, profondément incisés par les vallées, occupent plus de 80% des surfaces des bassins versants et sont affectés par la présence de nombreux points d'engouffrement rapide des eaux : dolines, régionalement appelées bétoires. L'aquifère de la craie constitue donc un bon exemple d'aquifère karstique sous couverture dont les modalités de recharge sont complexes et les ressources en eaux soumises à l'impact du soutirage des formations superficielles et de l'érosion des sols. Les principaux objectifs de ce travail de thèse sont, d'abord, de comprendre les mécanismes de karstogenèse à l'origine des bétoires et des réseaux karstiques en définissant l'influence de l'organisation morphostructurale des plateaux sur les modalités de recharge de l'aquifère de la craie. L'ambition est ensuite de calibrer une modélisation de l'évolution spatiale de la piézométrie, prenant en compte la transformation du signal climatique en fonction des caractéristiques du système d'introduction épikarstique et du contexte morpho-structural régional. Dans ce projet de thèse, nous avons tout d'abord, déterminé les zones sensibles aux développements de bétoires (karst d'introduction), ensuite, nous discutons de l'importance des connexions entre le karst d'introduction et le karst de restitution, en identifiant notamment, l'évolution spatiale de la part des transferts karstiques rapides dans les écoulements amont-aval de l'aquifère au sein des signaux hydrologiques régionaux. Parallèlement, nous avons étudié le transfert dans la zone épikarstique, en se focalisant notamment sur le rôle des formations superficielles et des bétoires dans les processus de recharge de l'aquifère de la craie. Les variations des signaux hydrologiques sont aussi analysées en regard du rôle d'autres paramètres hydrogéologiques, à savoir la puissance de l'aquifère et le contexte morpho-structural à l'aide d'outils variés d'analyse statistique. Dans ce contexte, nous démontrons l'hétérogénéité introduite par le drainage karstique dans la zone saturée sur l'organisation des écoulements souterrains ainsi que l'influence des gradients hydrauliques sur les écoulements en analysant la variation spatio-temporelle des concentrations en nitrates des eaux souterraines. Enfin, ces résultats ont été déployés pour discuter et adapter un modèle régional distribué en régime permanent (reproduction de la carte piézomètrique de 2006) en utilisant le modèle MARTHE, modèle à différences finies (©BRGM). Les premiers résultats obtenus sont satisfaisants, ils ont été améliorés en utilisant les résultats d'un modèle global à réservoirs, le modèle GARDENIA (©BRGM) performant à l'échelle des bassins versants.

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Moulin, Laetitia. "Prévision des crues rapides avec des modèles hydrologiques globaux. Applications aux bassins opérationnels de la Loire supérieure : évaluation des modélisations, prise en compte des incertitudes sur les précipitations moyennes spatiales et utilisation de prévisions météorologiques." Phd thesis, AgroParisTech, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00368262.

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Abstract:

Ce travail propose d'évaluer, dans le cas des bassins versants de la Loire supérieure, l'intérêt de modèles pluie-débit globaux pour la prévision opérationnelle des crues rapides.

Après une description du bassin à Bas-en-Basset, l'analyse critique des jeux de données disponibles met en évidence leur richesse, mais aussi leurs défauts. La grande variété des événements hydrométéorologiques touchant ces bassins apparaît particulièrement intéressante pour comparer des modèles hydrologiques.

Des modèles conceptuels simples sont apparus plus robustes et souvent plus performants que des modèles statistiques ou des réseaux de neurones artificiels. Des critères spécifiques à la prévision des crues mettent en évidence les informations sur l'évolution immédiate des débits apportées par la transformation de la pluie en débit, même si les erreurs de modélisation restent importantes et finalement proches d'un modèle à l'autre.

Un effort particulier a été porté sur l'estimation par krigeage des précipitations moyennes spatiales, pour lesquelles un modèle d'erreur est proposé et validé sur les données. Ces incertitudes, propagées dans les modèles pluie-débit, contribuent, selon la taille des bassins, à une part variable de l'erreur totale de modélisation.

Enfin un travail exploratoire a montré l'intérêt d'inclure des prévisions de pluies probabilisées dans une chaîne hydrométéorologique, pour augmenter les délais d'anticipation et prendre en compte les incertitudes associées. Toutefois, la disponibilité de ces prévisions impose des traitements préalables à leur utilisation.

Il ressort que des outils simples peuvent laisser envisager des améliorations dans ce domaine encore très perfectible de la prévision des crues.

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Jaunat, Jessy. "Caractérisation des écoulements souterrains en milieu fissuré par approche couplée hydrologie-géochimie-hydrodynamisme : application au massif de l'Ursuya (Pays Basque, France)." Phd thesis, Université Michel de Montaigne - Bordeaux III, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00778427.

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Abstract:

Les aquifères fracturés sont un enjeu majeur de l'hydrogéologie actuelle. Ils constituent une ressource essentielle pour de nombreuses populations. Le massif de l'Ursuya (France, 64), en est une illustration. Constitué de formations métamorphiques fracturées, il est intensément exploité pour l'alimentation en eau potable. Une approche multidisciplinaire a permis la compréhension du fonctionnement de ce système. Les résultats obtenus constituent une avancée dans la connaissance des aquifères discontinus et offrent des pistes pour une gestion raisonnée de cette ressource.Le signal d'entrée est caractérisé dans sa composante quantitative et qualitative. Le suivi des paramètres climatiques permet d'estimer la lame d'eau participant à la recharge de l'aquifère. La caractérisation isotopique de l'eau précipitée met ensuite en évidence une origine majoritairement atlantique des masses d'air, responsables des précipitations sur le nord-ouest du Pays Basque. Des circulations atmosphériques sur la péninsule Ibérique, l'Europe du Nord et la région méditerranéenne sont cependant responsables de certains événements pluvieux. La composition chimique de l'eau de pluie, résultant de ces origines, est caractérisée par une faible acidité et par des concentrations en éléments anthropiques parfois élevées.L'hydrochimie des eaux souterraines est étudiée conjointement avec des données de temps de séjour acquises par l'interprétation des concentrations en 3H, CFC et SF6. Les caractéristiques physico-chimiques, les temps de séjours mesurés (moins de 10 ans à plus de 50 ans) et les phénomènes de mélanges associés permettent de proposer un modèle conceptuel des écoulements souterrains. Celui-ci met en exergue le rôle prépondérant du profil d'altération développé dans les milieux cristallins (de la surface vers la profondeur : altérites, roche fissurée et roche saine), du point de vue de la minéralisation de l'eau comme de celui des modalités d'écoulement.Une approche quantitative est finalement proposée. Du point de vue hydrodynamique, l'hétérogénéité spatiale est importante (10-4 m s-1 < K < 10-8 m s-1). Les altérites offrent une capacité de stockage et de régulation de la recharge. Un modèle numérique synthétise et valide ces résultats. Les simulations montrent de fortes interactions entre les réseaux d'écoulements superficiel et souterrain et de faibles impacts de l'exploitation actuelle sur les flux d'eau souterraine. Les évolutions climatiques ne modifieront pas significativement les écoulements durant les prochaines décennies. Une diminution des débits des sources et des cours d'eau est toutefois probable. Ce modèle numérique et l'ensemble des résultats obtenus serviront de base pour une gestion raisonnée de la ressource en eau de l'aquifère de l'Ursuya.

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Pereira, Alice. "Contribution à l'étude de la qualité des eaux des retenues amazoniennes : application de la modélisation mathématique à la retenue de Tucurui (Brésil)." Phd thesis, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 1994. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00569488.

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Abstract:

Le développement hydroélectrique de la région amazonienne a conduit la création de plusieurs retenues. La qualité de l'eau de ces retenues subit de modifications provoquées par divers facteurs parmi lesquels la dégradation de la végétation terrestre immergée semble prédominante. Nous avons cherché l'intégration de ces facteurs dans un modèle mathématique pour étudier l'évolution de cette qualité de l'eau. Ce modèle décrit, selon les dimensions verticale et longitudinale, le comportement de cinq variables d'état: l'oxygène dissous, la matière organique dans la colonne d'eau, la matière organique facilement dégradable, la matière organique difficilement dégradable, et l'ammonium. Ce comportement est décrit en conditions d'aérobiose et d'anaérobiose. Le compartiment physique du modèle utilise deux approches pour la description longitudinale de la retenue. La première utilise un modèle thermique unidimensionnel et une discrétisation longitudinale en boîtes. La seconde utilise un modèle thermique unidimensionnel et une description longitudinale de l'intrusion du fleuve. Le modèle est calé et validé sur la base de données de la retenue de Tucurui (Brésil). Les principaux résultats indiquent une simulation correcte des événements de stratification et déstratification, ainsi que des concentrations en oxygène dissous et en ammonium. Cette modélisation met en évidence la part importante prise par la dégradation des troncs et des branches dans l'évolution de la qualité de l'eau de la retenue. En effet, leur dégradation provoque une forte consommation d'oxygène; le dégagement d'ammonium, en revanche, est marginal.

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De, Oliveira Nascimento Nilo. "Appréciation à l'aide d'un modèle empirique des effets d'actions anthropiques sur la relation pluie-débit à l'échelle d'un bassin versant." Phd thesis, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 1995. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00569059.

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Abstract:

Dans cette étude nous considérons les possibilités d'élargissement du champ d'application d'un modèle empirique pluie-débit, le modèle GR4J, développé au CEMAGREF et au CERGRENE. Deux aspects particuliers sont pris en compte : (i) la modélisation des processus hydrologiques dans les bassins versants de cours d'eau intermittents et (ii) la modélisation des processus hydrologiques dans les bassins versants soumis des changements ayant pour origine des activités anthropiques. De façon plus générale , nous menons une discussion sur l'intérêt de la recherche en modélisation empirique, en hydrologie, afin d'en préciser les buts, les moyens utilisés pour y parvenir, le degré de succès escompté et d'examiner si cette modélisation constitue un cadre fécond permettant de contribuer au progrès scientifique. La réflexion est conduite en considérant les contextes scientifiques et technologiques d'utilisation des modèles. Le principal objectif de la recherche sur les bassins versants de cours d'eau intermittent est l'extension du domaine d'application du modèle GR3J, dont GR4J est originaire. Les raisons de la défaillance de GR3J pour simuler les processus hydrologiques dans le cas de 7 bassins versants de cours d'eau intermittents sont analysées et une réflexion sur les origines du phénomène d'intermittence de cours d'eau est entamée. Des essais systématiques de plus de 40 versions différentes du modèle sont réalisés sur cet échantillon de bassins versants. Parmi ces versions, les plus performantes sont aussi vérifiées sur un échantillon de 120 bassins versants, dont 113 sont des cours d'eau pérennes. La version adoptée, le modèle GR4J, utilise 4 paramètres et représente de façon adéquate les cas d'étude considérés. Une analyse de la performance du processus de calage par recherche locale employé dans le modèle GR4J avec le but d'évaluer le risque de mauvais calage (maximum secondaire) est fait avant d'aborder le sujet des non-stationnarités d'origine anthropique, en utilisant trois processus de calage global. Le processus de calage usuel de GR4J a été considéré comme satisfaisant. Dans le cadre de l'étude du comportement non-stationnaire des processus hydrologiques causé par des actions anthropiques, l'utilisation de modèles hydrologiques exige des validations plus détaillées que la validation usuelle sur des données différentes de celles utilisées pour le calage. Il est nécessaire de vérifier (i) si le modèle est capable d'expliquer les fluctuations des débits induites par les variations climatiques naturelles ; (ii) si les paramètres du modèle sont stationnaires quand le bassin reste stationnaire en termes d'occupation des sols et (iii) la sensibilité des paramètres du modèle aux changements des caractéristiques physiques des bassins versants soumis à des actions anthropiques. Cette étude concerne le test du modèle GR4J dans des conditions de stationnarité du bassin versant en termes d'occupation des sols et en termes de non-stationnarités induites par l'intervention humaine. On étudie les cas de quatre bassins considérés comme stationnaires, un bassin soumis au drainage agricole et un bassin dont la couverture végétale a été détruite par un incendie de forêt. On peut conclure que le drainage agricole, dans le cas étudié, ne produit pas de changements significatifs sur la relation pluie-débit. Les quatre autres bassins, vus par GR4J, présentent des comportements non-stationnaires, y compris les deux bassins témoins voisins de celui qui a été fortement touché par l'incendie de forêt. Donc, dans le cas de l'incendie, on ne peut pas attribuer à la disparition de la couverture végétale du bassin, avec certitude, les changements détectés dans la relation pluie-débit.

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Charbonnel, Anaïs. "Influence multi-échelle des facteurs environnementaux dans la répartition du Desman des Pyrénées (Galemys pyrenaicus) en France." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2015. http://oatao.univ-toulouse.fr/14261/1/Charbonnel.pdf.

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Abstract:

L’écologie du Desman des Pyrénées (Galemys pyrenaicus), mammifère semi-aquatique endémique de la péninsule ibérique et des Pyrénées, demeure encore très peu connue. Les objectifs de cette thèse, dans le cadre d’un Plan National d’Actions, ont été d’identifier les variables environnementales agissant sur la répartition de l’espèce à différentes échelles spatiales, en considérant sa détectabilité imparfaite (i.e. fausses absences et fausses présences). Une probabilité de détection élevée, mais spatialement hétérogène à l’échelle des Pyrénées françaises, a été mise en évidence. La distribution du Desman des Pyrénées s’est également révélée spatialement structurée et majoritairement influencée par des facteurs propres aux milieux aquatiques, mais en forte régression depuis les années 80. Ces résultats ont permis de proposer des mesures de conservation pour cette espèce menacée.

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Skoulikaris, Charalampos. "Modélisation appliquée à la gestion durable des projets de ressources en eau à l'échelle d'un bassin hydrographique : le cas du Mesta-Nestos." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2008. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00004775.

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Abstract:

La construction d'un grand barrage est un projet aux conséquences économiques et sociales importantes voila pourquoi elle doit être précédée d'une étude opérationnelle et socio-économique détaillée. En premier lieu, l'étude opérationnelle doit porter sur les dimensions et le régime d'utilisation du barrage, la configuration géographique de son bassin de drainage et ses caractéristiques hydrologiques aussi bien que sur les contraintes de type environnemental qui peuvent s'exercer dans un cadre législatif national ou international. En second lieu, l'étude socio-économique doit prendre en compte tous les paramètres susceptibles d'influencer sur la durabilité du projet. Jusqu'à une époque récente, la large majorité des barrages était financée et gérée par le secteur public. Ainsi la profitabilité des projets n'était pas un élément prépondérant dans la décision de les construire. De nos jours, la libéralisation du marché de l'énergie dans les pays développés a conduit à la privatisation des infrastructures énergétiques et par voie de conséquence à l'application de nouveaux objectifs économiques dans le financement et la gestion des projets de barrage. Les décisions d'investissement sont conditionnées par l'évaluation de leur viabilité technique et de leur profitabilité tout au long de leur durée de vie qui est typiquement de 50 ans. Cette évaluation est basée sur l'usage d'un critère quantitatif nommé Valeur Actualisée Nette (VAN) aussi appelé Net Present Value en anglais (NPV). Cependant, comme l'eau est le fluide nécessaire au fonctionnement des centrales hydroélectriques, leur exploitation interfère avec la gestion des ressources en eau du bassin hydrographique qui les accueille. De ce point de vue, de nouvelles pratiques et réglementations ont été introduites dans l'Union Européenne par la Directive Cadre sur l'Eau (idem, WFD en anglais). Cette directive contraint chaque projet d'exploitation des ressources en eau à suivre des recommandations portant sur ses conséquences sociales et son impact sur l'environnement en respectant des contraintes à long terme relatives à sa durabilité en cas de changement climatique. Le travail présenté porte sur l'exploration du couplage entre différents modèles mathématiques traitant de l'hydrologie, l'exploitation hydroélectrique, le changement climatique et l'évaluation économique dans le but de proposer les moyens d'effectuer des décisions équilibrées satisfaisant aux exigences des critères de financement de projet , au bien-être du public et aux pratiques qu'exigent la gestion de bassin hydrographique. Ce travail est illustré par l'étude du futur barrage de Temenos, projet mixte de production électrique et d'irrigation intéressant le bassin hydrographique du Mesta-Nestos. Ce bassin est partagé entre la Bulgarie pour sa partie amont et la Grèce pour sa partie aval. La rivière termine son cours dans la mer Egée après avoir formé le delta du Nestos dont la majorité de la surface est occupée par un système d'irrigation. Deux ouvrages hydroélectriques occupent actuellement la partie montagneuse du bassin du Nestos. Il s'agit du barrage de Thissavros dont le réservoir a une capacité de 565 millions m3 et du barrage de Platanovryssi situé en aval du précédent et dont la capacité est de11 millions m3. Les deux barrages sont liés par un système de rétro-pompage STEP (Station de Transfert d'Énergie par Pompage). Le futur projet Temenos devrait être exclusivement financé sur fonds privés. Situé en aval des deux barrages précédents, il est configuré pour augmenter la production d'électricité du précédent complexe et pour réguler le système d'irrigation de la basse vallée agricole du Nestos Les scénarios de changement climatique (SRES) développés par le Groupe d'Experts Intergouvernemental sur l'Evolution du Climat (GIEC ou IPCC, en anglais) prévoient de possibles changements climatiques décrits à l'échelle mondiale. Plus précisément, selon les résultats des modèles de circulation globale (GCM), la moyenne mondiale annuelle de la température de surface pourrait augmenter de 1.4 à 5.8°C sur une période allant de 1990 à 2100. Cette augmentation de température pourrait entrainer une augmentation de l'évaporation et influencer le régime des précipitations. Dans ce cas, un impact notable pourrait en résulter sur l'exploitation des installations hydroélectriques dont l'exploitation est particulièrement sensible à la quantité, au rythme et à la répartition géographique des précipitations et des températures. L'étude du changement climatique sur la zone du Mesta-Nestos est base sur les résultats du modèle climatique régional CLM de l'Institut de Météorologie Max Planck, Allemagne. Elle s'intéresse plus particulièrement aux scénarios B1 et A1B produits par le SRES. Le modèle CLM effectue un transfert à l'échelle locale des résultats du modèle global atmosphère-océan ECHAM5/MPIOM utilisés comme forçage. CLM est en particulier conditionné par les conditions aux limites du relief local. Les séries mensuelles de température, précipitation et évapotranspiration produites par CLM ont été utilisées comme données d'entrée du modèle hydrologique distribué MODSUR-NEIGE de manière à simuler le régime hydrographique du bassin en cas de changement climatique. Ce modèle est couplé au modèle de barrage HEC-ResSim décrivant en détail tous les éléments techniques du complexe hydroélectrique du Nestos et des réseaux d'irrigation existant dans le delta du Nestos ainsi que leur future extension à la plaine de Xanthi. Enfin, l'évaluation de la viabilité du projet Temenos en conditions de changement climatique a été effectuée à l'aide d'un nouvel outil économique basé sur le calcul de la VAN et spécialement développé pour les besoins de l'étude. La thèse propose une approche holistique de l'évaluation de projet qui dépasse le strict cadre économique. Le calcul de la VAN a été étendu de façon à réunir les éléments de strict rendement économique (recettes tirées de la vente de l'énergie électrique et de l'eau d'irrigation ainsi que l'accroissement du revenu des agriculteurs) avec des éléments concernant les « externalités » du projet que sont la valeur de l'environnement (coût de restauration du bon état des eaux de surface dans le cas où le débit environnemental minimal ne peut être maintenu) et les bénéfices sociaux (compensations aux agriculteurs dans le cas où les débits d'irrigation ne peuvent être délivrés). On argumente le fait que cette approche combinée offre un outil efficace d'évaluation du projet selon une approche de développement durable. De plus, l'étude d'impact des scenarios de changement climatique a été augmentée d'une étude portant sur les conséquences que pourraient avoir différentes hypothèses d'évolution de la politique de gestion transfrontalière du bassin en relation avec l'exécution du traité de débit signé entre la Bulgarie et la Grèce à propos des eaux du Mesta-Nestos. Enfin, dans un contexte d'application des recommandations de la Directive Cadre de l'Eau (WFD), on propose d'explorer l'utilisation des méthodes de décision multicritère (MCDA, en anglais) pour gérer les conflits d'intérêt des différents acteurs du bassin dans la phase d'acceptation du projet Temenos et dans sa phase d'exploitation.

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Wei, Xi. "Une approche de modélisation pour diagnostiquer les impacts des changements globaux sur l'hydrologie, les sédiments en suspension et le carbone organique dans un bassin tropical asiatique : cas du fleuve Rouge (Chine et Vietnam)." Thesis, Toulouse 3, 2019. http://thesesups.ups-tlse.fr/4685/.

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Abstract:

Les bassins fluviaux asiatiques sont un important contributeur de matières en suspension et de carbone organique vers les océans. Cependant, ces bassins sont soumis à la variabilité climatique et aux activités humaines, modifiant le transport et le devenir de l'eau et des matières associées dans les fleuves, ainsi que les processus biochimiques côtiers. Le Fleuve Rouge est un bassin fluvial représentatif des fleuves asiatiques et joue un rôle important dans l'économie et l'agriculture en Chine et au Vietnam. Cependant, le manque de partage de données entre les pays et la difficulté des observations et des échantillonnages in situ rendent l'étude difficile pour l'ensemble du bassin, à la fois spatialement et temporellement. Afin de surmonter ces problèmes et de mieux comprendre la dynamique de transfert des ressources en eau et des matières et proposer des outils aux gestionnaires de l'eau, une utilisation interactive des mesures in situ, des observations de télédétection et des modélisations numériques est nécessaire. Ce travail propose de simuler la dynamique de transfert de l'eau, des sédiments en suspension (SS) et du carbone organique à l'échelle journalière dans le Fleuve Rouge, pour comprendre et quantifier leurs réponses aux impacts de la variabilité climatique et de la construction de barrages. Le modèle hydro-agro-environnemental à base physique SWAT, combinant les données de télédétection pour les variables climatiques, a été appliqué dans cette étude pour simuler les débits et les sédiments en suspension. Six barrages (dont quatre mis en service depuis 2008) ont été implémentés. Le modèle a été calibré sur la base des données de débit observées (Q) et de concentration de matières en suspension (CSC) de 2000 à 2013 au niveau de cinq stations de mesure à un pas de temps journalier. Un scénario simulant les impacts de la variabilité climatique et des barrages sur Q et SS a été simulé. Les concentrations et les flux de carbone organique pour ces mêmes conditions, ont été calibrés puis simulés via le même scénario afin de quantifier séparément les impacts de la variabilité climatique et des barrages sur le transfert de COD et de COP. Cette étude a mis en évidence les impacts importants des barrages sur les flux de sédiments (-80%) et sur le carbone organique (COP, -85%; COD, -13%) ainsi que les impacts de la variabilité climatique sur Q (-9%). Sans barrages, le bassin du Fleuve Rouge aurait un flux spécifique élevé en matières en suspension (779 t km-² an-1) par rapport aux autres bassins asiatiques, bien que son exportation en flux soit faible en comparaison. [...]
The Asian river basins are great contributors to sediments and organic carbon to the seas. However, these river basins are subject to the influence of climate variability and human activities, which alters the transport and fate of water and associated matter in rivers, and then modifies the coastal biochemical processes. The Red River is a representative Asian river basin and plays an important role in the economy and agriculture in China and Vietnam. However, lack of data sharing between countries and difficulty in in-situ observations and samplings, make the study through the whole basin difficult both spatially and temporally. In order to overcome these issues and better understand the water resources and matters transfer dynamics, interactive use of in-situ measurements, remote sensing observations and numerical modellings are necessary. This work proposed a modelling approach to simulate the transfer dynamics of water, suspended sediment (SS) and organic carbon at a daily scale in the Red River, and to understand and quantify their responses to the impacts of climate variability and dam constructions. The physical-based SWAT model, combining the remote sensing data, was used in this study to simulate the water regime and suspended sediment. Six dams (two were operated before the study period and the other four started operation since 2008) were implemented in this model. The model was calibrated based on observed discharge (Q) and suspended sediment concentration (SSC) data from 2000 to 2013 at five gauge stations (the outlets of the main tributaries and of the continent basin) at a daily time step. After Q and SSC calibrated under actual conditions, a scenario of natural conditions (without any dams inside the basin) was modelled to disentangle and quantify the impacts of climate variability and dams on Q and sediment fluxes (SF). Dissolved and particulate organic carbon (DOC, POC) were calibrated based on observed Q, SSC and in-situ organic carbon sampling data. According to these relationships, the organic carbon concentrations and fluxes under actual and natural conditions are calculated, in order to further quantify the impacts of climate variability and dams on DOC and POC transfer. This study highlighted the strong impacts of dams on sediment fluxes (-80%) and organic carbon (POC, -85%; DOC, -13%), and the impacts of climate variability on Q (-9%). Without dams, the Red River basin would have a high specific sediment yield (779 t km-2 yr-1) compared to other Asian river basins, though its sediment export was low compared to them. The high soil erosion due to precipitation, slope and agricultural practice in the middle part of the basin is the main factor contributing to the specific sediment yield. [...]

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Parent, Eric. "Élaboration des consignes de gestion des barrages - réservoirs." Phd thesis, Ecole Nationale des Ponts et Chaussées, 1991. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00569481.

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Abstract:

L'objet de ce mémoire de recherche est de proposer un modèle théorique permettant de modéliser le fonctionnement d'un système de gestion des ressources en eau, d'étudier les méthodes de calcul que l'on peut utiliser pour l'élaboration rationnelle des consignes de gestion des barrages-réservoirs. L'application opérationnelle a été réalisée pour deux situations particulières très différentes. Sur le cas du système Neste, l'étude proposée s'inscrit dans le cadre des problèmes d'optimisation hebdomadaire bidimensionnelle (irrigation et salubrité) des ressources en eau durant la période d'étiage. La résolution est effectuée selon deux approches : -un modèle de programmation dynamique avec état de dimension deux (niveau des réserves, niveau dans la rivière) où dans la solution numérique les variables sont discrétisées ; -un modèle "synthétique" où l'on calcule une probabilité de non dépassement caractérisant l'état hydrique des ressources du système. Une règle empirique permet d'associer à cette grandeur une décision de consigne à effectuer. L'étude de la gestion journalière du barrage Seine quant à elle, combine divers modèles de prévision des apports et d'optimisation des consignes. Elle permet de mettre en évidence que la performance globale de la gestion dépend fortement du couplage entre la réponse du système dynamique et le processus décisionnel. Nous développons là aussi deux techniques. La première est une extension au cas stochastique de la technique du fil tendu au moyen de simulations des apports à venir. Cette méthode très simple mais qui s'appuie sur un modèle conceptuel pluies-débit est comparée à une programmation dynamique stochastique associée à un modèle hydrologique de type "boîte noire". La comparaison porte sur la réduction de variabilité interannuelle des débits de la rivière à l'aval du réservoir. Le calcul numérique sur ordinateur est facilité par une approche de la programmation dynamique fondée sur le contrôle stochastique d'un processus de diffusion. Sur ce cas aussi, les résultats numériques sont comparés sur une série de chroniques historiques. A partir de ces deux exemples, nos conclusions portent sur les limites et les avantages des outils de modélisation et d'aide à la décision pour une meilleure gestion des systèmes de ressources en eau.

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Garambois, Stéphane. "Etudes expérimentales et théoriques des conversions d'ondes sismo-électriques dans les milieux poreux superficiels." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 1999. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00719591.

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Abstract:

Les phénomènes électrocinétiques créés à l'échelle microscopique par le passage d'ondes sismiques à travers des milieux poreux saturés en fluides génèrent des conversions entre énergies sismique et électromagnétique observables à l'échelle macroscopique. Nous avons étudié ces couplages à la fois sur un plan expérimental et théorique dans le but de déterminer leur utilisation potentielle pour la détection et la caractérisation du contenu en fluides des milieux poreux superficiels. Nous présentons dans un premier temps une série d'expériences de terrain effectuées pour enregistrer, à l'aide d'antennes électriques reliées à un système d'acquisition sismique multitrace, les champs électriques transitoires générés par une perturbation sismique du milieu. Après atténuation du bruit généré par les lignes à haute tension grâce à des filtres adaptés, deux effets sismo-électriques ont été identifiés: i) un champ électrique dominant qui accompagne les ondes slsmiques, et ii), des perturbations électromagnétiques précursives, de faIble amplitude, présentant une inversion de polarité de part et d'autre de la source sismique avec peu ou pas de décalage temporel le long du dispositif récepteur. Par la suite, nous détaillons les aspects théoriques de la propagation couplée des ondes sismiques et électromagnétiques dans des milieux poreux saturés en utilisant les équations obtenues par Pride (1994), qui combinent la théorie de Biot aux équations de Maxwell via des équations de transport. Nous avons résolu ces équations à l'aide d'un programme de simulation numérique dans le but de générer des sismogrammes, des électrogrammes et des magnétogrammes synthétiques. Ceci nous a permis d'étudier de manière détaillée les effets sismo-électriques, d'interpréter nos données et de mettre en évidence des applications potentielles d'enregistrements simultanés des champs d'ondes sismiques, électriques et magnétiques pour la caractérisation des couches poreuses superficielles.

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Le, Meillour Françoise. "Etude expérimentale et numérique de la contribution des eaux de surface et de subsurface à la formation des crues : conséquences sur l'hydrogramme d'un bassin versant (application au Real Collobrier)." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 1996. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00694046.

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Abstract:

L'objectif de ce travail est une conlribution à l'analyse des processus de formation des crues sur un bassin méditerranéen à l'occasion des épisodes pluvieux. Nous avons essayé de comprendre les caractéristiques hydrologiques d'un bassin par une démarche mécaniste. Pour cela, nous avons étudié la part, dans le débit de la rivière pendant les crues, du débit provenant d'un écou!ement soit par ruissellement généralisé, soit souterrain ou de subsurface, soit sur zones saturées contributives. Le bassin versant a été schématisé comme la succession de deux unités hydrologiques: le versant et le réseau hydrographique. Ainsi, la première partie de ce mémoire est consacrée à l'analyse mécaniste des apports à la riuvière à l'échelle du versant. Pour chaque processus, une étude expérimentale a été menée afin d'étudier les lois qui régissent ces écoulement. Nous avons montré. que les écoulements en surface ne suivent pas une loi d'écoulement plan turbulent Les écoulements en litière, immédiatement sous la surface du sol, suivent une loi de Manning. Enfin, les écoulements de subsurface suivent une lol de Darcy. A l'échelle du versant, la modélisation des écoulements avec les lois mesurées ne les entretient jamais assez longtemps pour expliquer les hydrogrammes de bassin. La seconde partie de ce mémoire consiste en une modélisation à l'échelle du bassin des écoulements dans le cas des trois processus de formation des crues. Cette modélisation a cherché à reproduire les hydrogrammes du bassin. On montre que lorsque le bassin est sec, les écoulements proviennent principalement du ruissellement généralisé. Lorsque le bassin est plus humide, les pluies mettent d'abord en activité des écoulements souterrains et de subsurface, puis si les pluies sont importantes, le mécanisme d'écoulement sur surfaces saturées contributives devient prépondérant

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Netto, André Maciel. "Transfert d'eau et de solutés dans un sol agricole hétérogène : analyse de différents types de mesures, de la variabilité spatiale et modélisation monodimensionnelle." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 1998. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00801928.

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Abstract:

L'objectif de cette étude était de caractériser les transferts d 'eau et de solutés dans un sol hétérogène pour prédire le devenir de polluants dans le sol et vers l'aquifère sous-jacente. Une série d'essais a été conduite sur le site observatoire de La Côte Saint-André. Les variabilités spatio-temporelles des variables hydriques et des concentrations de différentes molécules ( isotope de l'eau, anions, pesticide, nitrate) ont été mesurées selon différentes méthodes: suivi stationnel (sonde à neutrons, tensiomètres, cellules de prélèvements), percolation à travers un Iysimètre, prélèvements destructifs sur un plan vertical ou dans un volume cylindrique. Une analyse géostatistique et statistique montre que les vari ables ne sont pas corrélées à courte distance et qu'environ 80 % des distributions suivent une loi normale. L' hétérogénéité des variables (estimée par le coefficient de variation) permet de les classer par ordre croissant: masse volumique sèche, teneurs en eau (massique et volumique) et concentrations. Les cartographies des concentrations en solutés obtenues après analyse des échantillons (destructifs) dans des plans verticaux indiquent des écoulements préférentiels d'eau que l'on modélise à une taille supérieure (m) par la partition de l'eau en fractions mobile et immobile. Cette approche est confirmée par les transferts globaux de so lutés à travers Ie Iysimètre pour des flux d'eau élevées. La comparaison entre les cartographies des teneurs en eau (prélèvements) et les mesures non-destructives par sonde à neutrons montre que cet appareil a un bon pouvoir intégrateur sur un volume de l'ordre de quelques dm3. On peut également utiliser ces cartographies pour optimiser la taille du guide d 'onde des sondes TDR. La confrontation entre concentrations en soluté mesurées par prélèvements du sol ou par extractions à l'aide de bougies poreuses fournit des résultats contrastés: pour les fortes valeurs de concentrations (nitrate par exemple), les mesures sont comparables, mais pour de faibles concentrations (traceur et pesticide) les mesures divergent. Enfin, la modélisation d'un milieu équivalent vertical ne semble pas trop mauvaise avec différents comportements: l' un à l'échelle annuelle où les temps de séjour convectifs de l'eau sont suflïsants pour que les cinétiques physiques et chimiques d 'échange soient négligeables (équilibre local) et l' autre à l'échelle de temps de l'épisode pluvieux (intense) où l'on doit tenir compte des cinétiques (comme la partition d'eau mobile - immobile). La base de données expérimentale peut encore être largement exploitée, notamment pour servir de support à une modélisation stochastique.

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Hakoun, Vivien. "Développement d'une sonde aquatique autonome pour la cartographie des drains karstiques noyés. Simulation des écoulements par une approche couplée drains discrets - double porosité." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01067700.

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Abstract:

Il est communément admis que les écoulements dans les aquifères karstiques sont particulièrement concentrés dans les conduits et les fractures principaux. Dans ce travail, on cherche à décrire le comportement du flux à différentes échelles. A l'échelle locale, on considère une modélisation des écoulements en milieu continu. A cela s'ajoute à l'échelle régionale l'inclusion de drains comme éléments discrets (approche hybride). Nous avons recours pour ceci à l'utilisation d'un modèle d'écoulement défini par des équations aux dérivées partielles qui décrivent l'écoulement dans un milieu à double-porosité. La solution analytique de ce modèle nous permet d'étudier les phases de transition des flux selon une condition à la limite de type charge imposée. Ceci correspond à une perturbation hydraulique tel qu'un puits maintenu à charge constante. Afin d'inclure des conditions aux limites spécifiques (par exemple une limite imperméable) et une géométrie de domaine irrégulière, nous développons et employons un modèle numérique basée sur la méthode des éléments intégrales de frontière. Ceci permet de mettre en oeuvre l'approche hybride (milieu continu et discret) dans laquelle nous considérons les intersections entre conduits verticaux et horizontaux. Ce type de modélisation permet ainsi de considérer une échelle plus importante qu'un modèle continu seul. Par ailleurs, un modèle expérimental de laboratoire est conçu et réalisé afin d'étudier expérimentalement les phases de transition du flux issu de milieux hétérogènes. Cette approche est complémentaire de celle développée à l'aide de la solution analytique et du modèle numérique. Enfin, nous proposons le développement et les essais préliminaires d'un nouvel instrument de mesure. Il s'agit d'une sonde autonome qui a pour objectif de cartographier les conduits noyés dans les aquifères karstiques. Ainsi la géométrie des drains discrets pourra être représentée de façon plus réaliste dans le modèle numérique hybride. Les conclusions principales de ce travail sont les suivantes : à l'échelle locale et régionale, les phases de transition du flux dépendent des propriétés hydrauliques du milieu. La solution numérique permet d'étudier l'influence des géométries de domaine et de conditions aux limites complexes. Le modèle expérimental permet de reproduire qualitativement les phases de transition du flux analysées théoriquement. Enfin, la sonde permet de cartographier son parcours dans des conditions expérimentales contrôlées. Ces nouvelles méthodes contribuent à la caractérisation de l'hydrodynamique dans les aquifères karstiques.

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Fournillon, Arnaud. "Modélisation géologique 3D et hydrodynamique appliquées aux réservoirs carbonatés karstiques : caractérisation des ressources en eau souterraine de l'Unité du Beausset (SE France)." Phd thesis, Aix-Marseille Université, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00830331.

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Abstract:

Cette thèse a pour but de contribuer à l'étude des réservoirs carbonatés karstiques par une approche intégrant modélisation géologique numérique 3D et hydrogéologie. Une méthodologie originale a été ainsi développée pour être appliquée à la caractérisation des ressources en eau souterraine de l'Unité du Beausset (Bouches-du-Rhône et Var, SE France). Cette méthodologie lie l'architecture géologique 3D du réservoir à ses propriétés hydrodynamiques extraites de son étude hydrogéologique. Cette zone est un synclinal de roches sédimentaires mésozoïques d'une épaisseur pouvant atteindre 3000m. Ces roches affleurent sur environ 650 km², et ont subi de nombreuses phases de fracturation et karstification. La synthèse des données existantes permet de définir sept intervalles lithostratigraphiques qui représentent la compartimentation verticale de l'unité. Ce découpage a servi de base à l'élaboration d'une série de coupes géologiques proposant de nouvelles interprétations structurales. Ces coupes, basées sur une récolte de données de terrain, ont permis de construire un géomodèle structural 3D du secteur. Le terrain a également fait l'objet de l'acquisition de nouvelles données hydrogéologiques : sept sources ont fait l'objet d'un suivi en continu à l'aide de sondes de conductivité électrique, température et pression (CTD) ; plusieurs campagnes hydrochimiques exhaustives ont été menées pour obtenir le contenu en ions majeurs et en isotopes de l'eau des exutoires ; deux campagnes de jaugeages ont également eu lieu. Les enregistrements CTD ont été analysés selon les techniques d'analyses des séries temporelles. Deux nouvelles méthodes de traitement du signal sont proposées pour qualifier la fonctionnalité karstique des aquifères à partir de ces enregistrements CTD. Les analyses hydrochimiques ont permis de définir des bassins hydrogéologiques d'alimentation de sources par traçage naturel. Et les jaugeages ont servis à discuter de l'établissement d'un bilan hydrique général. Ces données hydrogéologiques représentent les caractéristiques hydrodynamiques des aquifères " échantillonnés " à travers les sources. La connaissance de la géométrie 3D des couches, et de leurs propriétés géologiques et karstologiques, ouvre la voie à un changement d'échelle pour caractériser le réservoir dans son ensemble. Cette approche lie les observations de surface et de subsurface pour définir la compartimentation hydraulique de l'unité et cibler les intervalles les plus propices à l'exploitation de nouvelles ressources. La proposition de nouvelles ressources aquifères est discutée à l'échelle des sources ou à celle d'un forage profond. L'implantation de forages profonds se fait sur la base de carte de potentialité de présence de ressources aquifères. Ces cartes sont construites à l'aide du géomodèle 3D et d'une approche paramétrique de qualité des aquifères, intégrant données statiques et dynamiques. L'approche choisie pour cette étude permet donc d'intégrer dans un même cadre numérique des observations et des données, d'origines et de résolutions variées, pour caractériser un réservoir carbonaté karstique.

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Calmels, Pierre. "Application de l'analyse-système à l'exploitation des données hydrométriques et isotopiques en hydrologie." Phd thesis, 1985. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00785560.

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Abstract:

La détermination des modalités de transfert de l'eau dans un aquifère et la connaissance des volumes d'eau qu'il contient , fait l'objet de nombreuses études en hydrologie. Pour obtenir ces informations, l'hydrogéologue cherche à représenter le transfert de l'eau par une fonction simple qui lui permettrait de prévoir la réponse du milieu souterrain aux stimuli d'entrée , tels que les pluies ou les pollutions, de connaître le temps de séjour moyen de l'eau dans la matrice et par suite de calculer les volumes d'eau contenus dans celle-ci . Dans cette étude, il est proposé de considérer un aquifère comme une "boite noire" dont on ne connait que les fonctions d'entrée et de sortie , et de lui appliquer les méthodes de l'analyse-système qui se sont développées en électronique. A partir de deux hypothèses , vérifiées sur un modèle physique de laboratoire, il est montré qu'un aquifère dont l'entrée est représentée par la surface du bassin hydrologique , peut être assimilée à un système linéaire dont la réponse impulsionnelle est une fonction exponentielle unlque. L'argument de cette exponentielle définit le temps de séjour moyen de l'eau dans le système et le produit du débit moyen des écoulements par ce temps moyen permet de calculer le volume d'eau contenu dans l'aquifère. L'application de cette méthode sur un bassin hydrologique situé à St Genis, Hautes Alpes, s'est avérée satisfaisante . Elle permet de définir une réponse impulsionnelle constituée de deux fonctions exponentielles représentatives de deux systèmes qui composent l'aquifère du bassin et d'en calculer les volumes utiles . L'utilisation des données isotopiques du milieu, nécessairement pondérées par les débits, apparaît comme un supplément d'information indispensable à la bonne détermination de la réponse impulsionnelle et à l'estimation des réserves de l'aquifère.

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Levavasseur, F. "Structure du paysage et fonctionnement hydrologique : application aux réseaux de fossés en zone viticole méditerranéenne." Phd thesis, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00745506.

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Abstract:

L'influence des fossés dans les phénomènes de crue, d'érosion hydrique des sols ou de transferts de polluants agricoles est bien connue à l'échelle locale. Cependant, on ne dispose que de peu de connaissances sur la variabilité spatio-temporelle des réseaux de fossés et de l'effet de cette variabilité sur les processus hydrologiques. L'objectif de ce travail de thèse vise donc à quantifier la relation entre l'organisation spatiale et temporelle des réseaux de fossés, éléments de la structure du paysage, et le fonctionnement hydrologique des paysages viticoles méditerranéens. Dans un premier temps, on propose d'analyser comment la densité des réseaux de fossés varie dans les paysages et à quel point elle est conditionnée par le milieu physique. Ensuite, un algorithme de simulation de réseaux est chaîné à un modèle hydrologique afin de quantifier le rôle de la densité des réseaux dans la régulation des écoulements de surface. En lien avec son rôle d'interception du ruissellement, l'effet anti-érosif des réseaux de fossés est alors analysé grâce à l'utilisation d'indicateurs géomorphologiques. Dans un second temps, on s'intéresse à la dynamique spatio-temporelle de la végétation des fossés et à son impact sur les transferts de pesticides. Pour cela, on caractérise puis simule les pratiques d'entretien des fossés et leurs impacts sur la végétation. On montre alors en mobilisant différents indicateurs que les pratiques actuelles ne sont pas optimales d'un point de vue de la rétention des pesticides. Cette thèse, qui s'appuie sur des méthodes de simulation du paysage, montre l'intérêt du chaînage entre modèles de structure et de fonctionnement du paysage. Ce chaînage a permis de quantifier le rôle des réseaux de fossés dans la modulation des processus hydrologiques.

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Yang, Xiaoliu. "Mise au point d'une méthode d'utilisation d'un modèle pluie-débit conceptuel pour la prévision des crues en temps réel." Phd thesis, 1993. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00574117.

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Abstract:

Cette thèse a pour objectif de construire une méthodologie pour l'utilisation en prévision des crues d'un modèle pluie-débit conceptuel. Le modèle retenu pour cette étude est le modèle GR3J. Le premier problème a été de vérifier que le modèle GR3J peut être appliqué à un pas de temps nettement plus court que 24 heures. Ensuite on a analysé les paramètres: surface de réponse, sensibilité et variabilité. Ces analyses ont suggéré une méthodologie pour la prévision des crues que l'on peut caractériser par: 1) ajustement rétroactif des paramètres avec raccordement au fonctionnement en continu du modèle, 2) fonction objectif d'ajustement comportant les deux dernières erreurs et les déviations des paramètres et 3) ajustement conjoint des paramètres et des niveaux des réservoirs pour garantir la continuité des débits. Cette méthodologie a été illustrée sur deux bassins versants expérimentaux français.

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Dissertations / Theses on the topic 'Modèle hydrologique global'

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