mémoire - Centre National de Recherches Météorologiques

) Rhône-AGG et GSWP
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En raison des limites inhérentes aux tests locaux, la communauté PILPS s’est mobilisée pour
organiser des exercices d’inter-comparaison à l’échelle du bassin versant. Dans la phase 2c, un forçage
atmosphérique a été mis en place sur une grille de 1° par 1° couvrant l’ensemble du bassin de la Red
Arkansas River (Wood et al. 1998). Les mesures de débits disponibles ont permis de distinguer la
phase de production des simulations d’une phase de calibration au cours de laquelle les modèles
pouvaient d’abord être testés sur quelques sous-bassins. Les résultats des simulations finales ont
montré l’importance de cette étape de calibration, en particulier pour le schéma ISBA dont elle permet
d’améliorer sensiblement les performances en terme de ruissellement produit. Cette remarque souligne
un paradoxe important dans la comparaison des MSC : les modèles les plus simples sont aussi les plus
faciles à calibrer et c’est pourquoi il est souvent difficile de démontrer l’intérêt de schémas plus
complexes sur un site ou un bassin particulier. Ceci souligne l’importance des simulations effectuées à
l’aveugle 23 , qui seules permettent réellement d’évaluer les performances d’un modèle 24 .
Une autre question soulevée par les simulations PILPS2c est l’importance de la variabilité
sous-maille des processus hydrologiques. Ce problème est au cœur du projet Rhône-AGG mis en
œuvre dans le cadre de la contribution française au programme international GEWEX (Boone et al.
2004). Deux forçages atmosphériques, à haute et basse résolution, ont été développés sur le bassin du
Rhône. La méthode SAFRAN du CEN a été utilisée pour affiner les analyses météorologiques de
grande échelle fournies par le modèle de prévision du CEPMMT en tenant compte de contraintes
orographiques à fine échelle. Le produit final est une analyse horaire à 8km de résolution horizontale,
qui a servi de forçage atmosphérique de référence. Des simulations hydrologiques pluriannuelles ont
été réalisées à haute (1471 mailles à 8km de côté) puis basse (20 mailles à 1°) résolution, afin de tester
l’impact de l’agrégation spatiale du forçage et des paramètres de surface sur la qualité des débits
simulés. Les ruissellements quotidiens produits par les différents schémas ont été convertis en débits
grâce au modèle hydrologique Modcou développé par l’IRD et l’Ecole des Mines de Paris (Ledoux et al.
1989). Pour les simulations à 1°, le ruissellement est interpolé sur la grille à 8km avant d’être
transformé en débit. Au sein de Modcou, les écoulements sont calculés en regroupant par zone
isochrone les mailles ayant des temps de transfert égaux à l’exutoire. Cette approche simplifiée ne
permet pas de calculer une vitesse d’écoulement variable en fonction de la lame d’eau, mais elle rend
compte de l’influence moyenne de la morphologie du bassin sur les écoulements.
Les principaux résultats de l’inter-comparaison Rhône-AGG ont été résumés par Boone et al.
(2004). Ils montrent que la capacité des modèles à simuler les chroniques de débits quotidiens dépend
notamment de la bonne répartition du ruissellement total entre drainage gravitationnel et ruissellement
de surface. La plupart des modèles montrent une forte sensibilité à la résolution horizontale, car le
caractère non linéaire des paramétrisations du ruissellement (qui se déclenche typiquement au delà
d’un certain seuil voire quand le réservoir total est saturé pour les schémas de type « bucket ») se
traduit inévitablement par une diminution des écoulements lorsqu’on diminue la résolution de la grille de
calcul. Boone et al. (2004) indiquent cependant que les modèles incluant certains effets sous-maille se
montrent plus robustes à l’agrégation spatiale. Ils sont de ce fait mieux adaptés à la modélisation
climatique globale dont la résolution horizontale est encore très souvent inférieure au degré carré.
Les simulations réalisées avec ISBA-SGH dans le cadre de la thèse de B. Decharme
confirment ces conclusions (Fig. 2.6). Rappelons que l’option SGH inclut notamment 1) une
paramétrisation du ruissellement sur surface saturée (mécanisme de Dunne) via une approche de type
Topmodel au sein de chaque maille, 2) une paramétrisation du ruissellement par excès d’infiltration
(mécanisme de Horton) via une distribution sous-maille des précipitations convectives et de l’infiltration
maximale, 3) une représentation plus explicite de la variabilité sous-maille de la végétation via une
approche de type « mosaïque » ou « tiles » (développement réalisé par l’équipe MC2, mais qui n’avait
23 Sans connaissance préalable des données de validation et donc sans calibration possible
24 Le projet Snowmip-2 a été une nouvelle occasion de vérifier la pertinence de cette remarque