mémoire - Centre National de Recherches Météorologiques

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Au cours de sa thèse, B. Decharme a développé un couplage original entre le modèle ISBA et
Topmodel (Decharme et Douville 2006a). Une carte globale des indices topographiques à la résolution
de 1 km a été reconstituée à partir des données HYDRO1k 11 . Plutôt que d’utiliser les indices bruts, une
fonction gamma à 3 paramètres a été calée en chaque point de grille pour caractériser leur distribution
sous-maille. Dans le couplage choisi, Topmodel intervient uniquement pour calculer le ruissellement sur
surface saturée. La paramétrisation du drainage profond a cependant été modifiée par rapport à
Mahfouf et Noilhan (1996). Le formalisme retenu est celui qui fut d’abord suggéré par Habets et al.
(1999), puis légèrement modifié par Chapelon et al. (2002), et qui consiste à maintenir un taux de
drainage résiduel proportionnel au contenu en eau du sol lorsque celui-ci passe sous la capacité au
champ. Le principal avantage de Topmodel sur l’approche VIC est qu’il permet de tenir compte
explicitement de l’influence du relief sur le ruissellement de surface. Le paramètre empirique b disparaît,
mais il est remplacé par une hypothèse sur le lien entre le déficit moyen et les réservoirs gérés par le
schéma de surface. Dans le cas du schéma ISBA, c’est simplement l’humidité de la zone racinaire qui a
été utilisée. Les tests effectués par B. Decharme montrent cependant que ce choix est relativement
sensible et certains schémas font appel à des réservoirs plus profonds (Gedney et Cox 2002).
2.2.3. Paramétrisation du routage des fleuves
Depuis le début des années 90, des modèles de routage ont été développés afin de convertir
les écoulements des MSC (ruissellement de surface et drainage profond) en débits sur un réseau
hydrographique global dont la résolution horizontale varie typiquement de quelques dixièmes de degré
à quelques degrés. Ces modèles ont une double fonction : 1) ils permettent une validation partielle et
indirecte du bilan hydrique simulé sur l’aire de drainage considérée, 2) ils participent à l’amélioration du
calcul des flux d’eau douce côtiers dans les modèles couplés océan-atmosphère, en tenant compte de
manière plus ou moins explicite du délai nécessaire au transfert des eaux entre la maille de production
de l’écoulement et l’embouchure du bassin versant.
Sauf exception, le routage du ruissellement dans le réseau hydrographique global n’est pas
directement traité par les modèles de surface, mais par un code indépendant et sur une grille plus fine
que celle du modèle climatique. Les algorithmes utilisés sont plus ou moins complexes, mais ils restent
bien souvent très simplifiés par rapport aux véritables modèles hydrauliques basés sur les équations de
S t Venant. Une première catégorie de modèle procède par intégration des écoulements produits sur
des zones isochrones, c’est à dire à égale distance temporelle de l’embouchure. C’est notamment le
cas du modèle Modcou (Ledoux et al. 1989) utilisé au CNRM pour les applications hydrologiques à
méso-échelle. Une seconde catégorie simule explicitement le parcours de l’eau le long du réseau
hydrographique, en intégrant une équation pronostique pour la masse d’eau au sein de chaque maille
du réseau, dans laquelle intervient directement une vitesse d’écoulement. C’est en particulier le cas du
modèle TRIP 12 (Oki et Sud 1998) développé à l’Université de Tokyo et que j’ai récupéré en 1999 pour
les applications hydrologiques globales du CNRM.
La version originale de TRIP repose : 1) sur la définition d’un réseau hydrographique au degré
carré, dans lequel chaque maille peut être connectée à une ou plusieurs de ses 8 mailles adjacentes, 2)
sur une équation pronostique simplifiée dans laquelle le débit, Dout, est proportionnel à la masse d’eau,
S, au sein de la maille considérée :
dS/dt = Din-Dout
11 1km hydrological derivative database from USGS, http://edc.usgs.gov/products/elevation/gtopo30/hydro/index.html
12 Total River Integrated Pathways