Etude du calage, de la validation et des performances des réseaux de neurones formels à partir des données hydro-climatiques du bassin versant du Bandama blanc en Côte d'Ivoire

LISTE DES FIGURES

Figure 1 : Localisation des bassins hydrologiques de la Côte d'Ivoire	- 4 -
Figure 2 : Localisation des barrages hydro agricoles en côte d'ivoire (DCGTx,	1992,
Programme Petits Barrage, IRD)	- 5 -
Figure 3 : Localisation du bassin versant d'étude	- 5 -
Figure 4 : Répartition des voies de communication sur la zone d'étude	- 8 -

Figure 5 : Carte pédologique de la zone d'étude tirée de celle du bassin versant du Bandama Blanc (Orstom, 1989) - 10 - Figure 6 : Répartition de la végétation sur la zone d'étude tirée de la carte de végétation du bassin versant du Bandama (Orstom, 1989) - 12 - Figure 7 : Carte pluviométrique de la zone d'étude tirée de celle du bassin versant du

Bandama Blanc (Camus, 1972) - 14 -

Figure 8 : Classification descriptive : Type de base du réseau hydrographique - 16 -

Figure 9 : Réseau hydrographique de la zone d'étude - 16 -

Figure 10 : Régime hydrologique de la zone d'étude (1971-1997) - 17 -

Figure 11 : Évolution des températures sur la zone d'étude de 1971 à 1997 - 17 -

Figure 12 : Évolution des précipitations sur la période d'étude, de 1971 à 1997, - 18 -

Figure 13 : Cycle de l'eau simplifié sur le système hydrologique du Bandama Blanc - 21 -

Figure 14 : Schéma d'un bassin versant (Rousselle et El-Jabi, 1987) - 23 -

Figure 15 : Principe de fonctionnement des modèles globaux Pluie-débit - 29 -

Figure 16 : Schéma d'un Neurone biologique - 39 -

Figure 17 : Schéma d'une synapse biologique (Ladjadj, 2003) - 39 -

Figure 18 : Analogie entre neurone biologique et neurone formel (Touzet, 1992) - 40 -

Figure 19 : Schéma d'un neurone formel - 41 -

Figure 20 : Perceptron Multicouche simplifié avec une seule couche de neurones cachés - 43 -

Figure 21 : Réseau Bouclé Non Dirigé - 46 -

Figure 22 : Réseau Bouclé Dirigé - 46 -

Figure 23 : Récapitulatif des Principales architectures des réseaux de neurones formels (RNF) (Ladjadj, 2003) - 48 - Figure 24 : Organigramme d'acquisition, de traitement primaire et secondaire des données- 61 -

Figure 25 : Localisation des stations hydrométriques les plus suivies de la zone d'étude - 62 -

Figure 26 : Répartition de quelques stations pluviométriques - 64 -

Figure 27 : Relation entre les données climatiques. (a) Corrélation température IDIS et

température SODEXAM, (b) corrélation pluie IDIS et pluie SODEXAM - 66 -

Figure 28 : Double cumul des précipitations SODEXAM et IDIS à Korhogo - 72 -

Figure 29 : Double cumul des températures SODEXAM et IDIS à Korhogo - 73 -

Figure 30 : Double cumul des débits aux stations de Bada et de Marabadiassa - 73 -

Figure 31 : Double cumul des débits des stations de Bada et de Tortiya - 74 -

Figure 32 : Double cumul des débits des stations de Bada et de Bou - 74 -

Figure 33 : Double cumul des debits des stations de Tortiya et de Bou - 75 -

Figure 34 : Évolution des lames d'eau écoulées, des précipitations et des déficits d'écoulements moyens à la station de Bada - 76 - Figure 35 : Évolution des lames d'eau écoulées, des précipitations et des déficits d'écoulements moyens à la station de Marabadiassa - 76 - Figure 36 : Évolution des lames d'eau écoulées, des précipitations et des déficits d'écoulements moyens à la station de Tortiya - 77 - Figure 37 : Évolution des lames d'eau écoulées, des précipitations et des déficits

d'écoulements moyens à la station de Bou - 77 -

Figure 38 : Évolution des ETP et des précipitations sur la zone d'étude - 78 -

Figure 39 : Codage des mois à partir des températures moyennes mensuelles de la station de
Bada - 79 -
Figure 40 : Présentation d'un modèle Perceptron multicouche à cinq (5) neurones sur la

couche cachée - 80 -

Figure 41 : Matrice d'entrée des variables dans le logiciel "RNF PRO" - 81 -

Figure 42 : Fenêtre de saisie des paramètres dans "RNF PRO" pour la retropropagation de l'erreur - 81 - Figure 43 : Fenêtre de saisie des paramètres dans "RNF PRO" pour la Levenberg Marquarld - 82 -

Figure 44 : Hydrogrammes mesuré et calculé sous le logiciel "RNF PRO"en apprentissage- 82 -

Figure 45 : Hydrogrammes mesuré et calculé sous le logiciel "RNF PRO" en validation - 83 - Figure 46 : Protocole de modélisation adopté des méthodologies de Dreyfus et al., (2004) et de Refsgraad (1997) - 91 - Figure 47 : Diagramme de séparation des données d'apprentissage et de validation des modèles développés - 100 -

Figure 48 : Stratégie d'apprentissage des modèles neuronaux - 101 -

Figure 49 : Évolution du Nash en validation en fonction du nombre de couche cachée à la station de Bada - 109 - Figure 50 : Évolution du critère de Nash en fonction du nombre de retard aux stations de Bada, Marabadiassa, Tortiya et Bou :(a) MODÈLES NON DIRIGÉS(PMCND1s), (b)

MODÈLES DIRIGÉS (PMCD1s)	- 110 -
Figure 51 : Évolution du critère de Nash en fonction du nombre de neurones cachés aux stations de Bada, Marabadiassa, Tortiya et Bou : (a) modèles non dirigés(PMCND1s), (b) modèles dirigés (PMCD1s) - 111 -
Figure 52 : Architecture simplifiée du modèle PMCD1p	- 114 -
Figure 53 : Architecture simplifiée du modèle PMCD2p	- 114 -
Figure 54 : Architecture simplifiée du modèle PMCD3p	- 115 -
Figure 55 : Architecture simplifiée du modèle PMCD4p	- 115 -
Figure 56 : Architecture simplifiée du modèle PMCD5p	- 116 -
Figure 57 : Architecture simplifiée du modèle PMCD6p	- 117 -

Figure 58 : Représentation du modèle conceptuel global GR2M selon Mouelhi et al. (2006) _ - 118 -

Figure 59 : Robustesses des modèles PMCND1s et PMCD1s - 126 -

Figure 60: Hydrogrammes mesuré et calculé avec les modèles PMCD1s et PMCND1s en calage (a) et en validation (b) à la station de Bada - 131 - Figure 61 : Hydrogrammes mesuré et calculé avec les modèles PMCD1s et PMCND1s en calage (c) et en validation (d) à la station de Marabadiassa - 132 - Figure 62 : Hydrogrammes mesuré et calculé avec les modèles PMCD1s et PMCND1s en calage (e) et en validation (f) à la station de Tortiya - 133 - Figure 63 : Hydrogrammes mesuré et calculé avec les modèles PMCD1s et PMCND1s en calage (g) et en validation (h) à la station de Bou - 134 - Figure 64 : Hydrogrammes observé et calculé à la station de Bada avec le modèle PMCD1s _ - 137 -

Figure 65 : Rapport des débits observés sur les débits calculés à la station de Bada avec le

modèle PMCD1s - 138 -

Figure 66 : Superposition des Figures 65 et 66 - 138 -

Figure 67 : Rapport des débits observés sur les débits calculés ( Q_obs / Qcal) à la station de Bada

avec les modèles PMCD1s en fonction des débits calculés - 139 -

Figure 68 : Encadrement de 50% des rapports Q_obs / Q_cal pour chaque fourchette de débit

calculé sur la période de calage (1971-1988) - 141 -

Figure 69 : Rapport Q_obs / Q_cal pour chaque fourchette de débit calculé avec le modèle

PMCD1s sur la période de calage (1971-1988) - 141 -

Figure 70 : Hydrogrammes mesuré et calculé par le modèle PMCD1s en validation (1989-
1997) - 142 -
Figure 71 : Rapport des débits observés sur les débits calculés à la station de Bada par le

modèle PMCDs - 143 -

Figure 72 : Superposition des Figures 71 et 72 - 144 -

Figure 73 : Rapport des débits observés sur les débits calculés ( Q_obs / Q_cal = 1) à la station de

Bada avec les modèles PMCDs en fonction des débits calculés - 144 -

Figure 74 : Encadrement de 50% des rapports Q_obs / Q_cal = 1 pour chaque fourchette de débit

calculé sur la période de validation (1989-1997) - 145 -

Figure 75 : Rapport Q_obs / Q_cal = 1 pour chaque fourchette de débit calculé avec le modèle

PMCD1s sur la période de validation (1989-1997) - 146 -

Figure 76 : Hydrogrammes observés et simulés en phase de calage par GR2M à Bada (a), Marabadiassa (b), Tortiya (c) et à Bou (d) - 153 - Figure 77 : Hydrogrammes observés et simulés en phase de validation par GR2M à Bada (a), Marabadiassa (b), Tortiya (c) et à Bou (d) - 154 - Figure 78 : Diagramme comparatif des critères de performances et des superficies des sous bassins d'étude : (a) calage et (b) validation - 155 - Figure 79 : Représentation des valeurs de Nash (%) obtenues avec les modèles GR2M, PMCD1s et PMCD3s en calage et en validation - 162 - Figure 80 : Hydrogrammes mesurés et calculés par les modèles GR2M et PMCD3s à la station de Baba - 163 - Figure 81 : Hydrogrammes mesurés et calculés par les modèles GR2M et PMCD3s à la station de Marabadiassa - 163 - Figure 82 : Hydrogrammes mesurés et calculés par les modèles GR2M et PMCD3s à la station de Tortiya - 164 - Figure 83 : Hydrogrammes mesurés et calculés par les modèles GR2M et PMCD3s à la station de Bou - 164 - Figure 84 : Hydrogrammes mesurés et prédits en calage (a) et en validation (b) par le modèle neuronal PMCD1P - 169 -

Figure 85 : Hydrogrammes mesurés et prédits en calage (a) et en validation (b) par le modèle neuronal PMCD2P - 170 - Figure 86 : Hydrogrammes mesurés et prédits en calage (a) et en validation (b) par le modèle neuronal PMCD3P - 171 - Figure 87 : Hydrogrammes mesurés et prédits en calage (a) et en validation (b) par le modèle neuronal PMCD4P - 172 - Figure 88 : Hydrogrammes mesurés et prédits en calage (a) et en validation (b) par le modèle neuronal PMCD5P - 173 - Figure 89 : Hydrogrammes mesurés et prédits en calage (a) et en validation (b) par le modèle neuronal PMCD6P - 174 - Figure 90 : Superposition des hydrogrammes mesurés et calculés en validation avec le modèle PMCD1p et des rapports Qobs/Qcal - 175 - Figure 91 : Superposition des hydrogrammes mesurés et calculés en validation avec le modèle PMCD2p et des rapports Qobs/Qcal - 175 - Figure 92 : Superposition des hydrogrammes mesurés et calculés en validation avec le modèle PMCD3p et des rapports Qobs/Qcal - 176 - Figure 93 : Superposition des hydrogrammes mesurés et calculés en validation avec le modèle PMCD4p et des rapports Qobs/Qcal - 176 - Figure 94 : Superposition des hydrogrammes mesurés et calculés en validation avec le modèle PMCD5p et des rapports Qobs/Qcal - 177 - Figure 95 : Superposition des hydrogrammes mesurés et calculés en validation avec le modèle

PMCD6p et des rapports Qobs/Qcal - 177 -

Figure 96 : Evolution des minima locaux en fonction des algorithmes - 184 -