2.5. ENJEUX DE L'UTILISATION DES MODÈLES
GLOBAUX
Pourquoi s'intéresser à la manière dont
l'eau de pluie rejoint les cours d'eau ? Les enjeux de ce questionnement sont
nombreux. Les objectifs de connaissance interne du système peuvent
d'abord être identifiés. Il s'agit d'arriver à comprendre,
par une approche dynamique, le fonctionnement du bassin, la nature et le
rôle des processus mis en jeu, leur importance
relative par rapport au phénomène
étudié ou encore les liens spatiaux ou temporels entre ces
processus. Ces études permettent de renforcer, d'infirmer ou de proposer
des concepts ou théories sur les écoulements de l'eau en milieu
naturel.
Les modèles correspondants, tel que le modèle
GR2M, constituent alors une formalisation des connaissances. Ils contribuent
à l'accroissement de ces dernières, notamment au travers de
scenarii de simulation. C'est par cet apport à la connaissance de notre
environnement, de son fonctionnement et du comportement du bassin versant que
la modélisation pluie-débit peut répondre à de
nombreuses questions centrées sur la gestion des risques et/ou la
ressource en eau par exemple. Michel (1989) et Refsgaard et Abbott (1996)
répertorient l'essentiel de ces problématiques. Comprendre le
fonctionnement d'un système hydrologique suppose la détermination
de presque tous les processus physiques du cycle hydrologique sur le bassin
versant. Attribuer à chacun une description analytique contribue
à obtenir des modèles complexes qui ont un grand nombre de
paramètres. Aussi, ces processus, même simplifiés par des
hypothèses, sont généralement non linéaires. Le
recours aux modèles "boîtes noires" comme les réseaux de
neurones s'avère donc pertinent.
Si des aspects de qualité des eaux peuvent être
étroitement liés à des aspects de quantité, la
présente étude s'intéresse uniquement à une
modélisation pluie-débit quantitative à travers les
réseaux de neurones et le modèle GR2M du CEMAGREF. Les
paragraphes ci-dessous synthétisent quelques-uns de ces objectifs :
i. simulation de débits, pour le comblement de lacunes
dans des séries de données, la reconstitution de débits
historiques (les données de pluie étant souvent disponibles sur
des périodes beaucoup plus longues que les débits) ou pour
permettre des traitements statistiques ;
ii. prédétermination des débits de crue
ou d'étiage. On désire savoir avec quelle fréquence des
débits de crue (supérieurs à un seuil de risque par
exemple) ou des faibles débits (en deçà d'un débit
réservé par exemple) risquent de se produire, et sur quelle
durée. Cette connaissance peut permettre le dimensionnement d'ouvrages
et de réservoirs ou d'aménagements dans le lit (mineur et/ou
majeur) du cours d'eau ;
iii. prévision des crues et des étiages : il
s'agit d'évaluer par avance (avec un délai de quelques heures
à quelques jours pour les crues et de quelques mois pour les
étiages), connaissant l'état du bassin, les débits de
crues susceptibles de présenter des risques (inondation) ou les
débits d'étiages pouvant demander de mettre en place une
gestion
particulière de la ressource (par des
barrages-réservoirs par exemple) pour assurer l'approvisionnement en eau
ou la préservation de la vie halieutique. On s'inscrit ici dans une
démarche d'analyse en continu du bassin ;
iv. influence d'aménagements sur l'hydrologie: on
désire pouvoir prédire les
changements de la réponse du bassin suite à des
modifications des caractéristiques du bassin d'origine humaine ou
à des changements environnementaux.
Ces problématiques font ressortir deux aspects
importants, celui de l'évaluation du risque et celui de la gestion de la
ressource (Perrin, 2000). La pertinence des réponses que l'on peut leur
apporter est conditionnée par celle du modèle dans sa
représentation du bassin relativement aux objectifs fixés. Si
d'autres approches hydrologiques que la modélisation pluie-débit
proposent des réponses à certaines de ces problématiques
(analyse fréquentielle statistique sur les débits pour la
prédétermination), cette dernière paraît cependant
très profitable pour des questions supposant un traitement temporel
continu, comme la prévision et la simulation des débits. Dans ce
cas, le fait de remonter à l'origine des débits (la pluie) permet
en plus de profiter d'un délai supplémentaire par rapport
à des méthodes n'exploitant que l'information sur les
débits. Des travaux ont déjà été
menés par plusieurs auteurs (Coulibaly et al., 1999 ; Dechemi
et al.,2003, Ayral, 2005) dans ce domaine de recherche et les
résultats sont forts satisfaisants.
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