II.1.4. Les modèles à base physique
Les modèles à base physique reposent sur la
résolution d'un grand nombre d'équation de continuité et
de quantité de mouvement liée soit au processus de transport
d'eau ou des substances soit d'énergie. Ces équations doivent
décrire les différents phénomènes dans d'un bassin
versant. On a par exemple le système d'équation de Barré
de Saint Venant qui ressoude les écoulements en surface libre et celui
de Darcy qui résout les écoulements souterrains. En
matière d'écoulement, le modèle à base physique qui
serait le plus complet est celui qui pourra résoudre l'équation
de Barré de Saint Venant en deux dimensions pour les écoulements
en surface libre et celui de Darcy à trois dimensions pour les
écoulements souterrains.
Ce type de modèle a besoin de trois éléments
complexes :
Etablir la description du bassin versant plus en détail
par un maillage fin à trois dimensions Des schémas
numériques robustes
Des valeurs de paramètres pour chaque maille et dans
chaque direction
Ces trois éléments présentent une
difficulté pour l'application de ce type de modèle et explique
leur nombre restreint dans la modulation hydrologique. Le SHE4 est
le modèle le plus utilisé parmi le modèle à base
physique en hydrologie.
Le SHE résout le bilan hydrique sur le bassin versant
en se basant sur des équations physiques et des paramètres
spatialisés.
La plus grande difficulté dans ce type de modèle
est la détermination des paramètres. Les paramètres ayant
un sens physique comme la conductivité hydraulique, les
paramètres de friction devraient être mesurable in situ mais en
pratique, on constate que la mesure de ces paramètres et la
détermination de leur répartition spatiale induit le plus souvent
à des difficultés d'utilisation rigoureuse des modèles
à base physique tel que le SHE. Les distorsions des modèles
même pour les plus détaillés sont inévitables. Pour
calculer un débit à l'exutoire d'un bassin versant, les
paramètres du modèle doivent endosser les incertitudes
liées aux simplifications. Ces simplifications sont inévitables
et elles impliquent que certains processus ne sont pas très bien
simulés.
Après de test de simulation, on constate le plus
souvent que les valeurs des paramètres ne correspondent plus à
leurs valeurs mesurées même si elles pouvaient être exactes.
A partir de ce constat on peut alors affirmer que le modèle à
base physique qui donne une réponse très proche des observations
n'a pas des paramètres physiques ; et donc un modèle à
base physique qui utilise les paramètres mesurés devraient
normalement donner une réponse inexacte. Ce modèle est plus
adapté dans la recherche sur des bassins test ou pour simuler des
expériences en laboratoire mais difficile à appliquer dans le cas
pratique.
4 Le SHE « Système Hydrologique
Européen » est un modèle développé vers les
années 1980 (Abbot et al. 1986)
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