Quels apports hydrologiques pour les modÃ¨les hydrauliques? Vers ...

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34 Chapitre 1. Apports latéraux dans les modèles hydrauliques : enjeux et contraintesQ (m3/s)1201008060Apport latéral ponctuel PK=50 kmApportPK = 0 kmPK = 30 kmPK = 70 kmtel-00392240, version 1 - 5 Jun 2009Q (m3/s)40PK = 100 km2000 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50Apport latéral uniformément réparti PK=[0 km−100 km]120Apport100PK = 0 km80PK = 30 km60PK = 70 km40PK = 100 km2000 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50Temps (h)Fig. 1.6 : Simulations avec deux formes d’apport latéral sur un bief rectangulaire de 30 m de large, 100 kmde long et une pente de 1 ‡ . La figure montre les hydrogrammes des apports latéraux et amont(x=0 km) ainsi que ceux calculés par le logiciel SIC aux abscisses 30, 70 et 100 km.
Chapitre 1. Apports latéraux dans les modèles hydrauliques : enjeux et contraintes 351.3.3 Modélisation hydraulique couplée avec un modèle hydrologiqueEn revenant à la seconde solution suggérée par l’USACE (1993), les apports latéraux sont générés àl’aide d’un modèle hydrologique.tel-00392240, version 1 - 5 Jun 2009Nature du couplage et courbes de remousLa nature du couplage entre les deux modèles doit tout d’abord être clarifiée. Deux options sontenvisageables : le couplage unidirectionnel avec un passage d’information d’un modèle vers l’autreou bidirectionnel avec des échanges dans les deux sens. La plupart des publications mentionnant uncouplage entre modèles hydrologiques et hydrauliques utilisent un échange unidirectionnel : les débitsd’apport sont d’abord calculés par le modèle hydrologique puis utilisés dans un second temps commeconditions aux limites par le modèle hydraulique. Cette approche reste valable tant que les conditionshydrauliques dans la rivière principale n’influencent pas celles de l’affluent, c’est-à-dire tant que l’onnéglige l’influence de la courbe de remous à la confluence (Steinebach et al., 2004).Compte tenu de sa complexité numérique, le couplage bidirectionnel demeure une exception dansla littérature. Thompson et al. (2004) présentent un couplage de ce type entre le modèle Mike11 et le modèle hydrologique distribué Mike SHE (Refsgaard et Storm, 1995) pour analyser lefonctionnement hydraulique d’une zone humide. Les faibles pentes et la présence d’ouvrages derégulation justifient cette solution de modélisation élaborée. D’autres publications mentionnent descouplages bidirectionnels pour étudier les interactions nappe-rivière (Peyrard et al., 2008). Dans tousles cas, ce type de couplage n’est appliqué que sur de petites zones (9 km 2 pour Thompson et al.,2004) compte tenu de sa lourdeur numérique : à chaque pas de temps de la simulation, les deuxmodèles doivent être mis en cohérence selon une procédure complexe détaillée par Thompson et al.(2004). Les auteurs ne le mentionnent pas, mais nous pouvons supposer qu’une telle procédure doitgénérer de fortes instabilités compliquant encore le calage du modèle hydraulique.Souhaitant développer des modèles couplés sur des tronçons de plusieurs dizaines de kilomètres,nous n’utiliserons pas ce type de couplage élaboré et nous limiterons à un couplage unidirectionnelcomme dans la plupart des modèles hydrologiques (Ajami et al., 2004). Cette approche néglige ainsil’influence de la courbe de remous due à une confluence (Fan et Li, 2006).Quelle complexité pour le modèle hydraulique ?Malgré l’explosion de la puissance de calcul et les progrès récents dans les protocoles d’échange entrelogiciels (Dudley et al., 2005), le paragraphe précédent montre que le couplage entre un modèle hydrauliquecomplet et un modèle hydrologique reste une tâche ardue. Il semble donc naturel d’envisagerdes simplifications sur l’une ou l’autre composante.Le plus souvent, les auteurs optent dans un premier temps pour un modèle hydraulique simplifiéa minima pour caler le modèle hydrologique. Ce modèle simplifié est ensuite remplacé par unemodèle complet comme dans les travaux de Eberle et al. (2001) sur le Rhin et de Lian et al. (2007)sur l’Illinois. Cette démarche n’est cependant pas sans risque puisqu’elle suppose que le calage dumodèle hydrologique n’est pas influencé par la nature du modèle hydraulique. Lian et al. (2007)
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