Assistance au calage de modÃ¨les numÃ©riques en hydraulique ... - TEL

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4.3 MODÉLISATION DES CONNAISSANCES DESCRIPTIVEScondition limite aval choisie. De même, la relation entre des laisses de crue et l’événementsimulé doit être établie avec certitude, ce qui n’est pas totalement trivial après lepassage de plusieurs crues consécutives.Définition composite d’un modèle numériqueLe processus de préparation du modèle (figure 1.7, p. 19) permet d’obtenir un modèlenumérique à partir de deux éléments : un code de calcul et des données du système.Il est ainsi une ✭ description informatisée du système étudié ✮, suivant la définitiondu référentiel de Refsgaard et Henriksen. Nous proposons donc ici une définition✭ composite ✮ d’un modèle numérique. La figure 4.3 présente ainsi un modèle numériquecomme une composition d’un code de calcul, des données du système, mais aussid’un jeu de paramètres à déterminer. Nous avons de plus identifié deux types de paramètres:– les paramètres locaux caractérisent une représentation insuffisamment précise d’unprocessus physique ponctuel (dans le temps et/ou l’espace) ;– les paramètres distribués rendent compte de la même façon d’une description approximativede processus physiques répartis sur l’ensemble du domaine modélisé.Un modèle pour prédireLe modèle numérique ainsi défini permet de simuler le système étudié, en utilisantdes données d’entrée pour produire un jeu de prédictions événementielles, agrégat de plusieursprédictions événementielles. En hydraulique fluviale unidimensionnelle, l’ensemblede ces prédictions peut être représenté comme des surfaces dans des espaces 3D (x,t,Q)et (x,t,z), comme celles dessinées sur la figure 2.2 p. 46. Ce jeu de prédictions doitreproduire le jeu de données de référence associé à l’événement simulé avec le niveau decorrespondance attendu. Le modèle sera ainsi dit ✭ calé ✮ si la surface 3D de la figure 2.2passe ✭ assez près ✮ des lignes et points représentant les données hydrométriques de référence.Il faut noter que l’utilisation de plusieurs événements pour le calage nécessitele tracé d’autant de surfaces dans ces espaces 3D.Exemples de spécialisation dans plusieurs domainesPour appréhender le caractère générique de cette ontologie, nous pouvons rattacherces notions à plusieurs cas concrets de calage de modèles numériques dans différentsdomaines liés à l’eau : hydraulique fluviale unidimensionnelle, hydrologie distribuéeet hydraulique souterraine. Le tableau 4.2 propose un exemple de spécialisation desnotions génériques de la figure 4.3 pour chacun de ces trois domaines. Ces exemples ontété tirés de recherches menées récemment au sein de l’unité Hydrologie-Hydrauliquedu CEMAGREF.4.3.2 ONTOHYD, une ontologie pour l’hydraulique fluviale 1DCette section s’intéresse à développer une ontologie pour la validation opérationnelleen hydraulique fluviale unidimensionnelle, référencée dans la suite du documentsous le nom ONTOHYD. Nous ne prétendons pas donner ici une représentation exhaustivedes concepts relatifs au domaine de l’hydraulique fluviale, mais seulement de ceuxmis en œuvre au cours d’une tâche de calage de modèle ou de validation de modèle.90
CHAPITRE 4 MODÉLISATION DES CONNAISSANCESNotion générique Exemple en hydraulique fluviale Exemple en hydrologie distribué Exemple en hydraulique souterraineSystème générique Segment de rivière Bassin versant Volume de solModèle conceptuel Modèle conceptuel Saint-Venant 1-D (1) Équations thermodynamiques de bassin versantÉquations de l’écoulement en milieu saturé(2)Code de calcul MAGE REW 4.0 (2) MODFLOW-96 (3)Système étudié Segment de la Lèze (09) entre Lézat-sur-Lèzeet Labarthe-sur-LèzeBassin versant de la Donga (Bénin) Volume de sol sous le ruisseau de la Chaudanne(69)Événement Crue de février 2000 Années 2002-2003 Années 2003-2004Modèle numérique Modèle hydraulique 1D de la Lèze Modèle hydrologique distribué de la Donga Modèle d’hydraulique souterraine de laChaudanneDomaine d’application visé Prévision de crue Reproduction du comportement hydrologiqueNiveau de correspondanceattenduBonne reproduction des gradients de montéede crueBonne reproduction de la dynamique du systèmeen surface et dans la nappeAnalyse du comportement hydraulique de lazone hyporhéiqueBonne reproduction des gradients de chargeentre 9 piézomètresDonnées du système Topographie du lit et géométrie des seuils Topographie du bassin versant, etc. Topographie et géométrie du volume considéréJeu de données d’entrée Hydrogramme de crue à Lézat et courbe detarage à LabartheJeu de données de référence Hydrogramme de crue à Labarthe Chroniques hydrométriques et piézométriquesen plusieurs points du bassinParamètres distribués Coefficient de résistance à l’écoulement Coefficient de résistance à l’écoulement, évapotranspirationpotentielle globale, etc.Zones Plusieurs zones homogènes pour la résistanceà l’écoulementChroniques pluviométriques, etc. Ligne d’eau dans la rivière et flux (estimés)sur les faces du volumeZones de décomposition pour la paramétrisationChroniques de charge dans les piézomètresConductivité hydraulique et coefficientd’emmagasinementPlusieurs zones homogènes pour la conductivitéhydraulique et une zone pour le coefficientd’emmagasinementParamètres ponctuels Coefficients de débit des seuils − −Structures ponctuelles Seuils artificiels en rivière − (4) − (4)TAB. 4.2 – Exemples de spécialisations des notions génériques pour trois cas concrets de calage de modèles numériques. L’exemple en hydraulique fluvialesera traité dans le chapitre 6, l’exemple en hydrologie distribuée est tiré de la thèse de Varado (2004) et celui en hydraulique souterraine de la thèse deRuysschaert (2005).(1)Voir chapitre 2.(2)Voir Reggiani et al. (1998, 1999).(3)Voir Harbaugh et McDonald (1996).(4)Pas de structure ponctuelle dans ce modèle particulier.91
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