Session 3 : Télédétection et modelisation hydrologique
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Solution pixel
La résolution de calcul permettant une bonne modélisation hydrologique est, a priori, différente
du pixel pour deux types de raisons : des raisons pratiques pour limiter le nombre de cases
élémentaires et donc les temps de calcul informatique ; des raisons plus conceptuelles car les
objets pertinents au point de vue modélisation hydrologique sont rarement compatibles avec les
pixels : forme non carrée et taille a priori différente. Ainsi la taille du calcul élémentaire sera
généralement supérieure au pixel, après regroupements, pouvant aller jusqu'au bassin dans sa
globalité.
Toutefois, dans des cas particuliers, le pixel satellite peut être une base de calcul : c'est le cas
des zones où les ruissellements de surface sont prépondérants (processus de Horton). L'état de la
surface du sol est alors un élément fondamental du ruissellement à caractériser finement. Ce
processus est reconnu comme prépondérant dans les zones sahéliennes du fait de la présence de
croûtes de battance qui imperméabilisent la surface (voir au paragraphe application).
Niveau global
Le niveau global correspond à la plus classique et la plus opérationnelle des approches utilisant
modèles et télédétection. Le schéma est simple : les paramètres globaux sont obtenus par simple
moyenne des informations recueillies en surface. Des essais intéressants ont été effectués sur la
température de surface et l'évapotranspiration, et débutent sur l'humidité moyenne du bassin.
L'intérêt de l'approche globale concerne surtout la variation temporelle de coefficients qui sont
recherchés à travers des images météorologiques, à basse résolution spatiale (images NOAA),
pour définir des chroniques des paramètres rapidement variables.
Modèles distribués ou maillés
L'utilisation d'images à haute résolution spatiale, en raison de sa présentation finement maillée,
pousse à des couplages avec des modèles distribués, c'est-à-dire au choix d'une taille de calcul
intermédiaire entre le pixel et le bassin : par découpage en cases régulières ou irrégulières.
Quelques exemples de découpages de l'espace sont basés sur des considérations hydrologiques
(lignes topographiques de Moore et al., 1988 ; toposéquences et parcelles de Rissons, 1995). Ces
solutions font appel à des considérations de zones homogènes qui doivent être cohérentes à la fois
du point de vue hydrologique (versants ou entités hydrologiquement intéressantes) et du point de
vue description (même occupation du sol, même morphologie).
L'approche maillée essaie de caractériser et de tenir compte des différences internes au bassin
versant, renseignements localisés qui peuvent servir pour des scénarios d'aménagement ou des
régionalisations. On pourrait penser a priori que la description fine de ce qui se passe dans le
bassin va augmenter la précision des calculs. Or de nombreux écueils tempèrent cette vision :
multiplication des équations, des paramètres (modèle déterministe européen - SHE model - sur le
bassin de la Wye qui utilise 2 400 paramètres), impossibilité de validation des écoulements
élémentaires par manque d'observations locales, risque d'obtenir des schémas conformes
numériquement mais faux du point de vue conceptuel ("il ne suffit pas qu'un modèle donne de
bons résultats pour être bon ; il faut aussi que ce soit pour les bonnes raisons" (Klemes, 1986)),
utilisation à une échelle quelconque de schémas numériques élaborés à d'autres échelles. La liste
est longue ...
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Solution pixel
La résolution de calcul permettant une bonne modélisation hydrologique est, a priori, différente
du pixel pour deux types de raisons : des raisons pratiques pour limiter le nombre de cases
élémentaires et donc les temps de calcul informatique ; des raisons plus conceptuelles car les
objets pertinents au point de vue modélisation hydrologique sont rarement compatibles avec les
pixels : forme non carrée et taille a priori différente. Ainsi la taille du calcul élémentaire sera
généralement supérieure au pixel, après regroupements, pouvant aller jusqu'au bassin dans sa
globalité.
Toutefois, dans des cas particuliers, le pixel satellite peut être une base de calcul : c'est le cas
des zones où les ruissellements de surface sont prépondérants (processus de Horton). L'état de la
surface du sol est alors un élément fondamental du ruissellement à caractériser finement. Ce
processus est reconnu comme prépondérant dans les zones sahéliennes du fait de la présence de
croûtes de battance qui imperméabilisent la surface (voir au paragraphe application).
Niveau global
Le niveau global correspond à la plus classique et la plus opérationnelle des approches utilisant
modèles et télédétection. Le schéma est simple : les paramètres globaux sont obtenus par simple
moyenne des informations recueillies en surface. Des essais intéressants ont été effectués sur la
température de surface et l'évapotranspiration, et débutent sur l'humidité moyenne du bassin.
L'intérêt de l'approche globale concerne surtout la variation temporelle de coefficients qui sont
recherchés à travers des images météorologiques, à basse résolution spatiale (images NOAA),
pour définir des chroniques des paramètres rapidement variables.
Modèles distribués ou maillés
L'utilisation d'images à haute résolution spatiale, en raison de sa présentation finement maillée,
pousse à des couplages avec des modèles distribués, c'est-à-dire au choix d'une taille de calcul
intermédiaire entre le pixel et le bassin : par découpage en cases régulières ou irrégulières.
Quelques exemples de découpages de l'espace sont basés sur des considérations hydrologiques
(lignes topographiques de Moore et al., 1988 ; toposéquences et parcelles de Rissons, 1995). Ces
solutions font appel à des considérations de zones homogènes qui doivent être cohérentes à la fois
du point de vue hydrologique (versants ou entités hydrologiquement intéressantes) et du point de
vue description (même occupation du sol, même morphologie).
L'approche maillée essaie de caractériser et de tenir compte des différences internes au bassin
versant, renseignements localisés qui peuvent servir pour des scénarios d'aménagement ou des
régionalisations. On pourrait penser a priori que la description fine de ce qui se passe dans le
bassin va augmenter la précision des calculs. Or de nombreux écueils tempèrent cette vision :
multiplication des équations, des paramètres (modèle déterministe européen - SHE model - sur le
bassin de la Wye qui utilise 2 400 paramètres), impossibilité de validation des écoulements
élémentaires par manque d'observations locales, risque d'obtenir des schémas conformes
numériquement mais faux du point de vue conceptuel ("il ne suffit pas qu'un modèle donne de
bons résultats pour être bon ; il faut aussi que ce soit pour les bonnes raisons" (Klemes, 1986)),
utilisation à une échelle quelconque de schémas numériques élaborés à d'autres échelles. La liste
est longue ...