Modélisation des niveaux d’étiages

La volonté de prévoir les étiages a vu le jour dans les années 1980, lors du développement par le BRGM du modèle global à réservoir GARDENIA. Aujourd’hui, l’utilisation de ces outils s’est largement répandue afin d’aider les acteurs de l’eau dans leur mission de gestion de l’eau.

L’objectif principal des outils d’aide à la gestion en étiage est d’émettre pour les « n » mois à venir (durée de la prévision), une prévision probabiliste des débits et des niveaux piézométriques, à partir d’une situation hydrologique donnée (état de remplissage des aquifères et débit des cours d’eau à la date d’émission de la prévision).

Ces outils opérationnels doivent permettre aux acteurs de l’eau de répondre aux questions de gestion qui se posent en période d’étiage :

Anticipation de la mise en place d’éventuelles actions pour préserver la ressource en eau (restrictions de prélèvement d’eau, choix des cultures…)
Définition des indicateurs piézométriques pour la prévision de l’étiage des rivières
Soutien d’étiage (maintien d’un débit minimum) et gestion de barrages–réservoirs (exemple des lacs-réservoirs de l’EPTB Seine Grands Lacs)

Modèles conceptuels : la mise en place d’indicateurs représentatifs

Corrélogramme croisé des niveaux piézométriques à Criquiers avec les débits de la Bresle à Pont-et-Marais

BRGM, Bault V et Bessière H., 2012

L’analyse critique des chroniques piézométriques et de débits permet :

de rechercher des séries aussi représentatives que possible du fonctionnement du bassin versant étudié
de définir des indicateurs représentatifs du fonctionnement du bassin versant étudié

Le fonctionnement schématique de l’hydrosystème est représenté grâce au calcul d’autocorrélogramme de débits et de niveaux piézométriques.
Les graphiques d’autocorrélogramme obtenus permettent notamment d’observer les cycles annuels et pluriannuels et la présence d’étiages soutenus des cours d’eau.

L’analyse des relations nappes -rivières est basée sur la représentation schématique du fonctionnement de l’hydrosystème à travers l’élaboration des corrélogrammes croisés débit de la rivière / niveau piézométrique . Les piézomètres dont les niveaux sont les mieux corrélés avec les débits du cours d’eau sont ainsi sélectionnés comme indicateur représentatif pour la modélisation.

Les graphiques doivent être lus uniquement pour les valeurs en abscisses supérieures à zéro (relation dans le sens niveau -> débit exprimée en jours). Une corrélation est d’autant plus forte qu’elle est proche de 1 (axe des ordonnées). Le seuil de significativité est souvent pris égal à 0,6 (ce qui représente d’ores et déjà une corrélation forte).

Modèles maillés et globaux : la prévision des niveaux et des débits d’étiage

Les modèles globaux développés à l’échelle du bassin Seine-Normandie ?

Etudes de modélisation du comportement des nappes : liste établie en 2015

Modèles spatialisés

BRGM

Modèle des aquifères sédimentaires de Basse-Normandie

CROISET.N., WUILLEUMIER.A., BESSIERE.H., GRESSELIN.F., SEGUIN.J.J.(2013) - Modélisation des aquifères de la plaine de Caen et du bassin de la Dives. Phase 2 : construction et calage du modèle hydrogéologique – Rapport BRGM /RP-62648-FR ; 130 p., 11 ann.

Modèles de la Somme et de l’Avre (Picardie)

AMRAOUI.N., GOLAZ.C., MARDHEL.V., NEGREL.P., PETIT.V., PINAULT.J.L., POINTET.T. (2002) - Simulation par modèle des hautes eaux de la Somme – Rapport BRGM /RP-51827-FR ; 184 p., 83 fig., 11 tabl., 5 ann.
AMRAOUI.N., WUILLEUMIER.A., THIERY.D., CAOUS.J.Y., NOYER.M.L., GAUDEFROY.M.J (2004) - Mise à jour du modèle des hautes eaux de la Somme. Rapport BRGM /RP-53211-FR ; 151 p. 19 fig., 4 pht. 4 tabl., 7 ann.
AMRAOUI.N., SEGUIN.J.J.(2012) - Simulation par modèle maillé de l’impact d’épisodes pluvieux millénaux sur les niveaux de la nappe de la craie et les débits du fleuve Somme. Rapport BRGM /RP-61864-FR
BESSIERE.H., CHRETIEN.P., STOLLSTEINER.P., AMRAOUI.N., BARTHELEMY.Y., BAULT.V., BUSCARLET.E., FERET.M.J., THIERY.D. (2013) - Modélisation des niveaux de nappes dans le département de l’Aisne - Bassins versants de la Serre, de l’Aisne, de l’Omignon et de la Haute-Somme - Rapport BRGM /RP-60012-FR ; 246 p., 8 ann., 1 DVD.
GOMEZ.E. (2008) - Exploitabilité de la ressource en eau souterraine dans le bassin de l’Avre (Somme). Rapport BRGM /RP-56637-FR ; 30 p.

Modèle de l’Avre (Normandie / Centre)

DAVID.P.Y (2012) - Elaboration d’un outil de gestion des prélèvements d’eau sur le bassin de l’Avre - Phase 1 : Etat de la connaissance ; Phase 2 : Analyse des données ; Rapport BRGM /RP-60458-FR ; 204 p., 7 ann.

ANTEA

Antea - Modèle spatialisé du bassin versant de la Retourne (affluent de l’Aisne) dans les Ardennes pour la Chambre d’Agriculture 08 et la DDT 08.
CHABART.M., PANNET.P., VANCON.J.P., GURLIAT.G. (2008) - Etude de la gestion volumique de la ressource en eau sur le bassin versant de la Retourne (Ardennes). Rapport final - version 3. Commanditaires DDAF ARDENNES Rapport BRGM /RP-55594-FR 111 p., 5 ann. (http://infoterre.brgm.fr/rapports/RP-55594-FR.pdf)

ENSMP

Flipo N., Labarthe B., Baratelli F. (2013) - Relations eaux souterraines – réseau hydrographique du bassin Seine-Normandie : Calcul des Anomalies de débit - Référence Géosciences : R141105NFLI ; Référence ARMINES : PFGING30823
Gomez E., 2002. Modélisation intégrée du transfert de nitrate à l’échelle régionale dans un système hydrologique ; Application au bassin de la seine. Thèse, Ecole des Mines de Paris
Guigon-Moreau E. 2006. Transferts des pesticides vers les eaux superficielles et l’atmosphère : Caractérisation et modélisation sur le bassin versant de la Vesle –Thèse : Université Paris VI - Pierre et Marie Curie, 251 p.
Habets F., A. Boone, J.L Champeaux, P. Etchevers, L. Franchistéguy, E. Leblois, E. Ledoux, P. Le Moigne, E. Martin, S. Morel, J. Noilhan, P. Quintana Seguì F. Rousset-Regimbeau, P. Viennot, 2008, The SAFRAN-ISBA-MODCOU hydrometeorological model applied over France, Journal of Geophysical Research, sous presse
Ledoux, E. Gomez, J.M. Monget, C. Viavattene, P. Viennot, A. Ducharne, M. Benoit, C. Mignolet, C. Schott and B. Mary, 2007, Agriculture and groundwater nitrate contamination in the Seine basin. The STICSMODCOU modelling chain, Science of The Total Environment Volume 375, Issues 1-3, Pages 33-47.
Moreau Guigon E., Bacchi A., Botta F., Viennot P., Habets F. et Blanchoud H. 2008. Description du concept de fusion entre Phytodel et STICS-Phyto-MODCOU-NEWSAM pour la modélisation du transfert des pesticides vers l’atmosphère et les eaux de surface et souterraines. Rapport d’activité 2007 du PIREN-Seine
Rat, A., E. Ledoux et P. Viennot. 2006. Transferts de pesticides vers les eaux souterraines, modélisation à l’échelle d’un bassin versant : cas d’étude du bassin amont de la Vesle. Rapport d’activité 2005 du programme PIREN-Seine, 116 p

HYDRATEC

Hydratec (2009) - Modélisation de la nappe de la craie et schéma de régulation des prélèvements en eau. Rapport de Phase 1. Réf. : 24537 MCR/hrv, 25 mars 2009, version 1
Hydratec (2010) - Modélisation de la nappe de la craie et schéma de régulation des prélèvements en eau. Rapport de Phase 2 : Modèle de la nappe de la craie – construction et calage. Réf. : 24537 MCR, février 2010, version 3
Hydratec (2010) - Modélisation de la nappe de la craie et schéma de régulation des prélèvements en eau. Rapport de Phase 3. Réf. : 24537 V2 MCR, juillet 2010, septembre 2010, octobre 2010.
Hydratec (2010) - Modélisation de la nappe de la craie et schéma de régulation des prélèvements en eau. Document de travail de Phase 4. Réf. : 24537 NVC/DYR, décembre 2010, version 2.
Wuilleumier A. (2011) - Avis du BRGM sur le modèle hydrogéologique maillé Oise-Aronde. BRGM /RP-60223-FR. 44 p., 5 fig.

Modèles globaux de type boîte noire

Allier D., Amraoui N., Bault V., Bessière H. et Stollsteiner Ph. (2012) – Prévision des niveaux piézométriques et des débits d’étiage de 2012 sur 11 bassins versants en Picardie. Rapport final. BRGM /RP-61164-FR, 234 p., 210 ill., 22 tabl., 2 ann., 1 CD.
Allier D., Asfirane F., Wuilleumier A. (2008) - Bassin Seine Normandie : estimation des volumes disponibles pour les prélèvements. Compléments sur 38 bassins versants. Rapport BRGM /RP-56690-FR
Arnaud L. et Bault V. (2014) – Prévision des niveaux piézométriques et des débits d’étiage 2014 sur deux bassins versants en Picardie. Rapport final. BRGM /RP-63655-FR, 67 p., 54 ill., 1 ann., 1 CD.
BAULT.V., BESSIERE.H. (2013) - Prévision des niveaux piézométriques et des débits d’étiage de 2013 sur quatre bassins versants en Picardie. Rapport BRGM /RP-62449-FR
Normand M., Pinault J.L., Seguin J.J., Vernoux J.F.(2005) – Assistance au plan sécheresse en Ile de France. Analyse critique des données piézométriques et prévision de niveaux non influencés. Rapport BRGM /RP-54221-FR
Pinault J.L., Allier D., Chabart M., Pannet P., Perceval W. (2006) - Prévision des volumes d’eau exploitables de 10 bassins versants en champagne crayeuse. Rapport BRGM /RP-55087-FR
Pinault J.-L., Allier D., Chrétien P. (2006) – Sécheresse 2005 et exploitabilité de la ressource en eau souterraine dans les bassins crayeux de la serre (Aisne), de l’Aronde (Oise) et de l’Avre (Somme). Rapport final BRGM /RP-54993-FR, 113 p., 66 fig., 5 ann.
Pinault J.L., ARNAUD L. (2006) - Analyse critique des données piézométriques et prévision de niveaux non influencés en Haute-Normandie. Rapport BRGM /RP-54628-FR
Pinault J.L., Allier D., Verjus P. (2006) - Bassin Seine-Normandie. Estimation du volume disponible aux prélèvements de 45 petits bassins versants. Rapport BRGM /RP-55232-FR

Modèles globaux de type conceptuel

Arnaud L. (2007) – Atlas hydrogéologique numérique du Calvados. Volet quantitatif. Rapport BRGM /RP-55672-FR, 110 p, 64 illustrations, 3 annexes.
Equilbey, E., Normand, M., Schomburgk, S. (2006) - Atlas hydrogéologique numérique de l’Eure - Volet bilan quantitatif. Rapport BRGM /RP-52988-FR
Martin J.C., Rouxel-David E., Batkowski D., Normand M., Chabart M. (2004) Élaboration d’une règle de gestion volumique de la ressource en eau du bassin de la Barbuise (Aube). Rapport BRGM /RP-53178-FR
Schmidt C., Chabart M., Normand M. (2006) - Élaboration de règles de gestion volumique de la ressource en eau pour les bassins versants de la Somme-Soude et de la Coole (51). Rapport BRGM RP/54178-FR.
Normand M., Thiéry D. avec la collaboration de Gravier A., Nègre E. (2005) – Élaboration d’outils d’aide à la gestion en étiage du lac-réservoir Marne prenant en compte les eaux souterraines. Prévision des débits. BRGM /RP-53922-FR, 221 p., 54 fig., 28 tabl., 8 ann.
STOLLSTEINER P. (2013) – Connaissance des ressources disponibles sur l’ensemble des bassins versants crayeux. Bassin Seine-Normandie en Champagne-Ardenne. Rapport final. BRGM /RP-61371-FR,157 pages, 98 illustrations (figures et tableaux) et 3 annexes

Modèle global couplé – Analyse isotopique

Arnaud L. (2007) – Etude des relations nappe -rivière en Haute-Normandie – Modélisations GARDENIA. Rapport BRGM /RP-55813-FR.
Carn-Dheilly A. (2010) – Définition d’indicateurs piézométriques pour la prévision d’étiage dans les rivières de Haute Normandie. Rapport final BRGM /RP-59136-FR, 35 p., 25 ill. , 8 ann.
Petelet-Giraud E., Brenot A., Arnaud L. et al. (2007a) - Etude des relations nappe -rivière en Haute-Normandie, bassin de l’Austreberthe. Approche couplée par modélisation hydrologique et géochimie isotopique, BRGM /RP-55983-FR.