2.3.3. Modèles conceptuels spatialisés
Les modèles conceptuels spatialisés
représentent un grand progrès sur les modèles globaux
quand il s'agit d'analyser le fonctionnement interne d'un bassin. Un maillage
systématique ou un découpage plus physique ou naturaliste du
bassin en éléments considérés comme
homogènes, permet de tenir compte de la répartition spatiale des
caractéristiques du milieu et des processus hydrologiques. Il est
généralement possible de suivre la génération et la
propagation des débits à l'intérieur du bassin et de
prendre en compte toute modification localisée ou non. C'est par exemple
le cas du modèle USDAHL (England, 1975) ou du modèle
CEQUEAU-ORSTOM (Girard et al., 1972 ; Morin et al.,1981).
Mais ces modèles, dont la mise en oeuvre nécessite un nombre de
données bien plus important que pour les modèles globaux, restent
néanmoins des modèles à réservoirs et ils en
gardent les limites, même si c'est chaque unité et non le bassin
dans son ensemble qui est représenté comme un assemblage de
réservoirs. Les paramètres et relations utilisés n'ayant
souvent pas grand sens physique, il s'agit là encore d'une
représentation, si détaillée soit-elle, du fonctionnement
interne d'un bassin, et non d'une description (explication), ce que tende
à apporter les modèles théoriques.
2.3.4. Modèles théoriques (ou physiques)
locaux
Les modèles de ce type, qui s'appuient sur les
progrès récents de l'hydrodynamique et de l'écophysiologie
(ainsi que de l'informatique), cherchent à représenter et
à expliquer le fonctionnement d'un système par une approche
locale. Ils font appel à des variables d'état (variables
extensives, potentiels énergétiques), reliées entre elles
en tout point par des relations d'état, des relations dynamiques et des
relations de conservation (de la matière, de l'énergie, de la
quantité de mouvement, etc.). Ces relations s'expriment sous forme
d'équations aux dérivées partielles par rapport au temps
et à l'espace et font intervenir des paramètres (en principe
mesurables sur le terrain) qui caractérisent les
propriétés physiques du milieu. A condition de connaître
les conditions initiales et les conditions imposées aux limites, il est
alors possible, par une résolution le plus souvent approchée de
ces équations, de simuler l'évolution du système en tout
point et en tout instant. Cette approche physique locale
qui permet une description théorique unifiée de la
plupart des transferts a, dans un premier temps, servi à
modéliser les principaux processus hydrologiques, comme par exemple :
i. l'écoulement de surface dans les cours d'eau, à
partir des équations de Saint-venant ou de leurs approximations
(Preissman, 1971) et (Fread, 1985) ;
ii. l'écoulement en milieu saturé, à partir
de l'équation de diffusivité intégrant la loi de Darcy (De
Marsily, 1981) ;
iii. l'écoulement en milieu non saturé, à
partir de l'équation de Richards intégrant la loi de
Darcy
généralisée ;
iv. l'évapotranspiration, à partir de la relation
de Penman-Monteith (Monteith, 1980) ;
v. la fonte de la neige, à partir du bilan
d'énergie du manteau neigeux. Puis des tentatives ont porté sur
le couplage de plusieurs processus :
i. les modèles de bilan hydrique stationnel du
système sol-plante-atmosphère, tel que le modèle
PROSPER;
ii. le couplage "sol saturé-sol non saturé"
(Ambroise, 1998) et le couplage infiltrationruissellement (Smith et Hebbert,
1983). Ces modèles déterministes locaux à bases physiques
et à paramètres mesurables fournissent en général
un cadre conceptuel explicatif satisfaisant et permettraient en principe de :
tenir compte de la structure spatiale d'un bassin ; simuler en plusieurs
dimensions spatiales les écoulements pour des conditions très
variées ; transposer le modèle à des bassins non
jaugés ; tester l'impact de toute modification d'un bassin et ;
préparer le couplage avec les autres flux associés à
l'eau.
Néanmoins, leur utilisation à l'échelle
d'un bassin se heurte en pratique à de sérieuses limitations
(Beven, 1995). Il s'agit de modèles très complexes à
élaborer et très lourds à exploiter, nécessitant
des temps de calcul encore très importants, et faisant appel à un
grand nombre de données rarement disponibles avec la densité et
la précision requises. C'est ce qui fait réserver leur emploi
à des objectifs de recherche. De plus, la complexité du
modèle ne garantie pas la précision de ses résultats. De
ce fait, les avantages de principe des modèles théoriques
s'avèrent en pratique souvent peu réels et leurs conditions
d'application leur donnent le plus souvent des limitations semblables à
celles des modèles plus conceptuels (Beven, 1989).
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