Session 3 : Problèmatique de la modélisation
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De nombreuses études de terrain, conduites à l’échelle du versant ou des petits bassins
versants, ont apporté une bien meilleure compréhension des cheminements de l’eau, qui à son tour
a permis, grâce aux progrès concomitants des moyens informatiques, le développement d’une
nouvelle génération de modèles dits distribués ou spatialisés. Contrairement aux modèles
globaux, ceux-ci appréhendent le fonctionnement hydrologique d’un bassin versant en tentant de
représenter les processus du ruissellement dans l’espace. Y parviennent-ils ? En ont-ils les
moyens ? On propose, dans un premier temps, d’analyser la problématique de la modélisation du
fonctionnement hydrologique des petits bassins versants dans l’optique de mettre en perspective
l’apport potentiel de la télédétection radar discuté par la suite (Gineste, partie II).
RAPPEL SUR LES MODÈLES GLOBAUX
Historiquement, on a surtout demandé aux hydrologues de prédire le débit à l’exutoire d’un
bassin versant. Les approches globales se sont d’abord imposées; elles sont dites empiriques ou
conceptuelles.
Modèles empiriques
Les modèles empiriques caractérisent globalement les relations pluies-débits par des traitements
de séries chronologiques où n’intervient en général aucune donnée sur la nature physique du
bassin (Ambroise, 1991) : c’est typiquement le cas des modèles régressifs pluie-débit et des
méthodes basées sur les fonctions de transfert, comme celle de l’hydrogramme unitaire (Sherman,
1932). L’utilisation récente des réseaux de neurones (Hsu et al., 1995) relève également de cette
catégorie.
Techniques de référence en ingénierie, ces méthodes présentent néanmoins de sévères
limitations : chroniques souvent insuffisantes, extrapolation aux épisodes extrêmes par
conséquent dangereuse, hypothèse de stationnarité en dépit des variations climatiques et des
modifications du milieu d’origine anthropique, etc.
Modèles conceptuels
Ces modèles considèrent le bassin versant de façon conceptuelle comme « un assemblage de
réservoirs d’humidité interconnectés » (Ambroise, 1991) qui sont censés représenter plusieurs
niveaux de stockage suivant une dimension verticale (végétation, surface, sol, nappe). Cette
ébauche de spatialisation permet en principe de simuler les flux d’échange entre les réservoirs et
non plus les seuls débits. Le premier modèle de ce type, SWM, comporte huit réservoirs et 27
paramètres (Crawford et Linsley, 1966). Plus récemment, la famille des modèles GR (Edijatno et
Michel, 1989) présente l’avantage de ne comporter que deux, trois ou quatre paramètres.
Cependant, les paramètres de vidange des réservoirs de ce type de modèle, issus de relations
empiriques, apparaissent sans grande signification physique. Ils sont obtenus par le calage du
modèle sur le débit observé à l’exutoire du bassin; les tentatives pour relier ensuite les valeurs
obtenues aux caractéristiques spatiales du bassin n'ont pas donné jusqu’à présent des résultats
satisfaisants. L’approche permet en revanche d'introduire de façon empirique l'influence de l'état
hydrique des sols sur la réponse du bassin à la pluie (Loumagne et al., 1991).
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De nombreuses études de terrain, conduites à l’échelle du versant ou des petits bassins
versants, ont apporté une bien meilleure compréhension des cheminements de l’eau, qui à son tour
a permis, grâce aux progrès concomitants des moyens informatiques, le développement d’une
nouvelle génération de modèles dits distribués ou spatialisés. Contrairement aux modèles
globaux, ceux-ci appréhendent le fonctionnement hydrologique d’un bassin versant en tentant de
représenter les processus du ruissellement dans l’espace. Y parviennent-ils ? En ont-ils les
moyens ? On propose, dans un premier temps, d’analyser la problématique de la modélisation du
fonctionnement hydrologique des petits bassins versants dans l’optique de mettre en perspective
l’apport potentiel de la télédétection radar discuté par la suite (Gineste, partie II).
RAPPEL SUR LES MODÈLES GLOBAUX
Historiquement, on a surtout demandé aux hydrologues de prédire le débit à l’exutoire d’un
bassin versant. Les approches globales se sont d’abord imposées; elles sont dites empiriques ou
conceptuelles.
Modèles empiriques
Les modèles empiriques caractérisent globalement les relations pluies-débits par des traitements
de séries chronologiques où n’intervient en général aucune donnée sur la nature physique du
bassin (Ambroise, 1991) : c’est typiquement le cas des modèles régressifs pluie-débit et des
méthodes basées sur les fonctions de transfert, comme celle de l’hydrogramme unitaire (Sherman,
1932). L’utilisation récente des réseaux de neurones (Hsu et al., 1995) relève également de cette
catégorie.
Techniques de référence en ingénierie, ces méthodes présentent néanmoins de sévères
limitations : chroniques souvent insuffisantes, extrapolation aux épisodes extrêmes par
conséquent dangereuse, hypothèse de stationnarité en dépit des variations climatiques et des
modifications du milieu d’origine anthropique, etc.
Modèles conceptuels
Ces modèles considèrent le bassin versant de façon conceptuelle comme « un assemblage de
réservoirs d’humidité interconnectés » (Ambroise, 1991) qui sont censés représenter plusieurs
niveaux de stockage suivant une dimension verticale (végétation, surface, sol, nappe). Cette
ébauche de spatialisation permet en principe de simuler les flux d’échange entre les réservoirs et
non plus les seuls débits. Le premier modèle de ce type, SWM, comporte huit réservoirs et 27
paramètres (Crawford et Linsley, 1966). Plus récemment, la famille des modèles GR (Edijatno et
Michel, 1989) présente l’avantage de ne comporter que deux, trois ou quatre paramètres.
Cependant, les paramètres de vidange des réservoirs de ce type de modèle, issus de relations
empiriques, apparaissent sans grande signification physique. Ils sont obtenus par le calage du
modèle sur le débit observé à l’exutoire du bassin; les tentatives pour relier ensuite les valeurs
obtenues aux caractéristiques spatiales du bassin n'ont pas donné jusqu’à présent des résultats
satisfaisants. L’approche permet en revanche d'introduire de façon empirique l'influence de l'état
hydrique des sols sur la réponse du bassin à la pluie (Loumagne et al., 1991).