mémoire - Centre National de Recherches Météorologiques

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profond dès que le contenu en eau du sol dépasse la capacité au champ (Mahfouf et Noilhan 1996).
C’est une faiblesse importante du schéma initial, qui a également été identifiée dans des simulations
hydrologiques régionales (Habets et Saulnier 2001), et sur laquelle nous reviendrons au chapitre 2.3.
Fig. 2.2 : Représentation des principaux processus hydrologiques simulés par le modèle de surface ISBA. Il
s’agit ici de la version à 3 couches hydrologiques proposée par Boone et al. (1999). Le réservoir de surface, w1,
utilisé pour le calcul de l’évaporation sur sol nu, Esoil, est inclus dans la réservoir racinaire, w2, qui pilote en partie
la transpiration des plantes, Etransp. Les différents réservoirs échangent de l’eau par diffusion, Di, et drainage
gravitationnel, Ki. Le réservoir de pluie interceptée par la végétation, Wr, se vide par ruissellement, dr, et
évaporation, Ecanop. Les pluies non interceptées s’infiltrent (Ir) ou provoquent un ruissellement de surface (Qs). Les
précipitations solides alimentent le réservoir de neige, Wn, qui se vide par sublimation (Ssnow) et par fonte (Sm).
Enfin, le modèle inclut un schéma de gel du sol à deux réservoirs, Wice1 et Wice2. La conductivité hydraulique à
saturation est supposée homogène sur la verticale, ainsi que la répartition horizontale de l’humidité du sol. Ces
deux approximations seront levées dans la version ultérieurement proposée par Decharme et Douville (2006b).
Au delà du bilan hydrique, les MSC peuvent calculer d’autres bilans de matière, tels que ceux
du carbone, de l’azote ou du soufre. En raison de sa contribution majeure à l’effet de serre, le cycle du
carbone est sans aucun doute le plus étudié et fait l’objet de nombreux développements dans les
modèles climatiques. Ceux-ci sont d’autant plus nécessaires que les branches continentales du cycle
de l’eau et du cycle du carbone sont étroitement imbriquées. A titre d’exemple, la photosynthèse des
plantes et la respiration des sols dépend notamment du stress hydrique continental. Par ailleurs, la
dégradation anaérobie de la matière organique présente dans les marécages (« wetlands ») des
régions septentrionales est responsable d’une part significative des émissions naturelles de méthane
(CH4), si bien que le dégel potentiel du pergélisol induit par le réchauffement global représente une
rétroaction climatique importante pour la concentration atmosphérique de ce gaz à effet de serre
(Gedney et al. 2004). Un troisième exemple concerne l’effet direct anti-transpirant du CO2 sur le bilan
hydrique et le débit des fleuves (Gedney et al. 2006). Malgré ces interactions, la modélisation des flux
de carbone terrestres ne sera pas détaillée dans ce mémoire et le lecteur est invité à se reporter au
manuscrit de thèse d’A-L. Gibelin pour une description précise du modèle ISBA-CC 2 dans ce domaine.
2 Version du modèle ISBA traitant du Cycle du Carbone