Etudes locales - Modélisation globale - Hauts-de-France & Normandie

Contexte et objectifs

La région Hauts-de-France (territoire de Picardie) et le nord de la région Normandie ont subi des étiages sévères au cours des années 2003 à 2007 et 2011, 2012, avec des périodes de recharge des nappes marquées par une pluviométrie déficitaire. Les ressources en eau sont cependant sollicitées pour de nombreux besoins comme l’alimentation en eau potable, l’industrie et l’agriculture. Afin d’éviter un déséquilibre entre la ressource en eau exploitable et la satisfaction des besoins en eaux, l’Agence de l’eau Seine-Normandie, la DREAL et les DTT(M) de Picardie ont souhaité pouvoir prévoir les niveaux piézométriques des nappes et les débits des cours d’eau durant la période d’étiage 2013 et ce dès la fin de la recharge hivernale.
Afin de remplir les objectifs de cette étude, des modèles globaux ont été réalisés avec le logiciel Tempo pour 4 bassins versant dont celui de la Bresle.

Logiciel Tempo©

Modélisation du Bassin de la Bresle - Contexte

Figure 1 : Localisation du bassin de la Bresle

Figure 2 : Fluctuations des niveaux piézométriques enregistrés à différents piézomètres du bassin de la Bresle

Modélisation du Bassin de la Bresle - Données permettant le calage du modèle Tempo©

Modélisation du Bassin de la Bresle - Modélisation et calage

Figure 3 : Calage du débit de la Bresle, modèle et observations

Figure 4 : Calage du niveau piézométrique mesuré à Criquiers (bassin de la Bresle)

Modélisation du Bassin de la Bresle - Principe de la prévision

Une fois le modèle calé, la phase de prévision (débits, niveaux) peut être mise en œuvre.
Comme on ignore les pluies efficaces futures de la période de prévision, la méthode utilisée est de type probabiliste.
Grâce à un générateur de pluies et d’ETP, TEMPO peut produire un grand nombre de scénarios climatiques suivant un processus aléatoire mais reproduisant néanmoins les caractéristiques des séquences climatiques passées (moyenne, saisonnalité, …).
Le modèle ayant été calé et la (ou les) fonction(s) de transfert identifiée(s), on peut donc pour chacun des n scénarios climatiques faire le calcul de la variable de sortie (débit ou niveau) sur la période de prévision choisie et à un pas de temps défini, par exemple décade par décade sur 10 ans.
On obtient alors n scénarios indépendants pour les niveaux ou les débits (Figures 5 et 6 suivantes : n=5). Pour que les fréquences calculées soient significatives, plusieurs centaines de scénarios sont nécessaires.

Les résultats de toutes les simulations sont ensuite regroupés intervalle de temps par intervalle de temps, par exemple par décade.
Sur chacun de ces intervalles de temps les niveaux sont classés par ordre croissant, ce qui revient à construire une distribution cumulée des fréquences et permet de calculer une fréquence d’occurrence de telle ou telle valeur dans chaque intervalle de temps (une fréquence de dépassement ou de non dépassement) (cf. Figure 7 plus bas).

Les valeurs correspondant à ces différentes fréquences sont calculées pas de temps par pas de temps et reportées ensuite sur un graphique où les courbes tracées doivent s’interpréter non pas comme représentant des chroniques continues, c’est-à-dire des courbes d’évolution possibles avec une certaine fréquence d’apparition, mais comme des suites de valeurs correspondant chacune à une certaine fréquence d’apparition sur l’intervalle de temps considéré.
Tempo propose 7 fréquences particulières réparties en deux groupes correspondant aux années dites « humides » et aux années dites « sèches » de part et d’autre d’une valeur « médiane » correspondant à la valeur qui divise la « population » statistique sur l’intervalle de temps considéré en deux parties d’effectifs égaux ; la valeur médiane est dépassée (ou non dépassée) une année sur 2 (cf Figure 8 plus bas).
Pour information, les « 20 ans humides » s’interprètent comme la valeur de niveau ou de débit dépassée 1 année sur 20. Les « 20 ans secs » s’interprètent comme la valeur de niveau ou de débit qui n’est pas dépassée 1 année sur 20. De même pour les autres fréquences.

Figure 5 : Exemple de calculs de débits à partir de scénarios climatiques entre 2008 et 2018

Figure 6 : Exemple de calculs de niveaux à partir de scénarios climatiques entre 2008 et 2018

Figure 7 : Courbe de fréquence cumulée

Figure 8 : Exemple de prévision fournie par TEMPO

Résultats des prévisions de l’étiage de la Bresle pour l’été 2013

Figure 9 : Prévision des débits décadaires à partir du 01/04/2013 à la station de Ponts-et-Marais

Figure 10 : Prévision des niveaux piézométriques décadaires à partir du 01/04/2013 au piézomètre de Criquiers

Conclusion

Bibliographie