Caractéristiques principales de la version utilisée
I. Analyse de terrain Les données utilisées par ce module sont :
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On présente tout d’abord rapidement le traitement topographique précédant la modélisation hydrologique à proprement parler, qui sous-tend l’ensemble de la modélisation hydrologique, puisqu’y sont calculées aussi bien les caractéristiques des éléments du réseau maillé couvrant le bassin versant étudié que les liaisons entre ces différentes mailles, qui conditionnent la représentation que l’on fait des transferts sur le bassin. De plus, une vision claire de la démarche suivie pour l’analyse de terrain et des résultats dont on dispose à son issue facilitera la compréhension du couplage topologique maillage Topog / réseau anthropique présenté au chapitre suivant.
I. Analyse de terrain
Les données utilisées par ce module sont :• des points cotés
• ou/et des lignes de niveau
• éventuellement le tracé du réseau hydrographique
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Dans un premier temps, le programme construit à partir de ces données une grille carrée des altitudes sur le bassin (MNT « normal », en quelque sorte).2 -
L’utilisateur ayant spécifié l’équidistance des lignes de niveau (modulables sur le bassin suivant la gamme l’altitudes où l’on se situe), le modèle calcule alors les lignes de niveau qui serviront de base au maillage. On peut choisir le degré de lissage des courbes, ainsi que la densité des points sur les courbes de niveau.3 -
On délimite ensuite la frontière hydrologique du bassin versant, définie par deux points de part et d’autre de l’exutoire, et une succession de points haut et points selle. Si le bassin contient des sous-bassins, ceux-ci sont décrits par un point « haut » et un point « selle » à l’intérieur du bassin, et un point haut sur la frontière extérieure2.Le modèle calcule alors la frontière hydrologique, comme une succession de segments perpendiculaires aux lignes de niveau situées entre les points indiqués.
2 Les quelques essais effectués pour délimiter ainsi des sous bassins se sont soldés par des échecs, et nous n’avons pas insisté, n’en ayant pas strictement besoin pour les bassins versants sur lesquels nous avons appliqué l’analyse numérique de terrain proposée par Topog. Il nous semble toutefois qu’il serait relativement facile de corriger ce point, puisque le module existe, et demande « simplement » à être corrigé.
Partie III : Modèle hydrologique Topog. Couplage avec le réseau anthropique.
Figure 3 : Détermination de la frontière hydrologique, du réseau hydrographique et des lignes de crête
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On indique ensuite les têtes de ruisseaux, ce qui est assez subjectif ; une première approximation peut être donnée par les extrémités du réseau hydrographique pérenne porté sur les cartes IGN au 25 000ème. Le modèle détermine le réseau hydrographique, en descendant perpendiculairement aux lignes de niveau depuis ces points jusqu'à l’exutoire.5 -
Le modèle détermine alors les lignes de crête, à partir des confluences du réseau hydrographique et jusqu’aux points hauts correspondants. Le fait de tracer les lignes de crêtes améliore la représentation du terrain dans les fonds de vallée, et le long des crêtes où la courbure est forte. Ce point était absent dans la version initiale de TAPES-C (logiciel d’analyse de terrain ayant fourni la base de Topog), ce qui conduisait à des zones mal définies à ces endroits.6 -
Ces lignes structurantes du paysage étant déterminées, le modèle calcule ensuite les lignes de plus grande pente qui délimitent les éléments utilisés ensuite par le modèle hydrologique, à partir d’une largeur moyenne de maille fixée par l’utilisateur.. / / " 0 " " " " ! " " " 1 / 0 " 2 3 (
La structure ainsi obtenue donne de façon «naturelle» les connexions entre mailles, plusieurs mailles pouvant se jeter dans la même dans une région convergente, ou au contraire une seule maille dans plusieurs dans les zones de divergence.
Figure 4 : Détermination des éléments du maillage dans une zone convergente et une zone divergente.
Partie III : Modèle hydrologique Topog. Couplage avec le réseau anthropique.
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Les résultats disponibles après ce traitement topographique sont :• les polygones curvilignes constituant le maillage Topog,
• les caractéristiques des éléments du maillage : pente, surface, longueur, numéro de bief du réseau hydrographique bordant la maille le cas échéant ...3
• les connexions entre les mailles. Plus exactement, pour chaque maille, on connaît les mailles situées à son aval, et la fraction des flux sortants qui s’y jette (au prorata des largeurs de maille en contact, quand il y en a plusieurs),
• les coordonnées du réseau hydrographique, et les connexions entre deux segments de ruisseau (délimité par deux lignes de niveau), sans notion d’ordre pour un segment, ni de continuité topologique du réseau.
Les numéros indiqués représentent l’identifiant de chaque segment de ruisseau délimité par deux lignes de niveau pour Topog. On voit que cette numérotation ne donne aucune indication sur la connectivité du réseau hydrographique.
Figure 5 : Exemple des numérotations de biefs pour Topog
• Chaque maille est repérée, d’une part par son indice global dans l’ensemble du réseau maillé (c’est à dire son numéro dans le tableau représentant l’ensemble des mailles), d’autre part par la ligne de niveau sur laquelle elle se trouve, et son numéro sur cette ligne de niveau.
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On peut d’ores et déjà formuler quelques remarques, que l’on retrouvera de façon récurrente au fil de la modification et de l’application de Topog. Les procédures présentées conduisent en effet à quelques limitations :• les mailles des zones plates sont très étendues puisque, si l’on peut choisir l’écart entre deux lignes de niveau, ce choix vaut pour toute la ligne de niveau. Les plateaux, et surtout les fonds de talwegs, sont donc souvent représentés par des mailles très grandes, sauf à avoir un nombre très élevé d’éléments sur le reste du bassin où la topographie est plus marquée,
• le choix fait de fondre en une seule des mailles trop étroites et « d’oublier » les mailles effacées fait que le maillage n’est pas assimilable à une matrice au niveau des connexions entre mailles, ce qui en soit n’est pas gênant, mais nous compliquera la tâche ultérieurement du point de vue de la gestion des connexions entre mailles,
• comme on l’a déjà souligné, le réseau hydrographique n’est pas représenté de façon satisfaisante,
• une maille du réseau ne peut se jeter que dans une autre maille (ou plusieurs si on est dans une zone divergente), et pas dans le réseau hydrographique. En effet, la version de Topog dont nous disposons ne représente aucun transfert vers le réseau hydrographique, et ne gère pas les échanges maille/tronçon du réseau hydrographique. A vrai dire, le réseau hydrographique est dessiné sur l’interface graphique, puis n’intervient plus jamais. Ceci pouvait être acceptable sur de très petits bassins, où a été jusqu'à présent appliqué Topog, ou
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Ce module calcule également les radiations moyennes reçues par chaque maille à chaque saison, en fonction de la latitude du bassin étudié, et de l’orientation et la pente de la maille. Cette sophistication s’explique sans doute par l’importance du terme d’évapotranspiration dans les bilans en eau australiens, et par le fait que Topog a souvent été appliqué sur des bassins pentus, où son orientation a une influence non négligeable sur le rayonnement moyen reçu par une maille,
Partie III : Modèle hydrologique Topog. Couplage avec le réseau anthropique.
dans le cas où on chercherait surtout à modéliser les échanges avec une nappe profonde, mais cesse de l’être dès que l’on passe à des surfaces suffisantes pour qu’il y ait un réseau hydrographique pérenne ou bien par exemple que l’on s’intéresse aux écoulements subsurfaciques latéraux et leur interception par le réseau hydrographique..
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Il nous faudra donc programmer une représentation plus réaliste du réseau hydrographique, comprenant les échanges maille/rivière, et le transfert dans le réseau hydrographique. Ce point sera abordé au paragraphe suivant, en parallèle au couplage de Topog avec la représentation du réseau anthropique.I.1. Applications
On a appliqué ce module d’analyse de terrain, d’une part sur notre site d’étude du Naizin, d’autre part sur trois autres petits bassins bretons (Chabalier, 1997). Ces applications appellent quelques commentaires :
• L’utilisation du module d’analyse de terrain demande un certain doigté, qui s’acquiert au bout d’une à deux applications, et qui permettent d’identifier plus facilement les étapes qui posent problème et qui font qu’elles ne peuvent être traitées jusqu'à leur terme. Cette identification des erreurs (et leur correction) est d’autant plus facile que l’on connaît les grandes lignes du programme source. Notamment, l’étape de détermination de la frontière hydrologique est sans doute une des moins robustes de l’ensemble de l’analyse de terrain ; or une frontière hydrologique saugrenue empêche une détermination satisfaisante des éléments du maillage. Il nous a donc fallu parfois modifier légèrement la topographie de la zone de haut de bassin pour obtenir une frontière hydrologique raisonnable, qui permette le calcul ultérieur du maillage Topog. Ceci n’est pas très grave du point de vue de la simulation hydrologique, dans la mesure où les éléments situés à proximité de la frontière n’ont souvent qu’un rôle limité sur les écoulements, compte tenu de leur faible surface drainée amont.
• Comme on l’a déjà dit, la configuration où un sous-bassin est inclus dans le bassin étudié n’est pas pour l’instant correctement traitée : ce point serait à améliorer si l’on devait passer à des bassins plus complexes.
• Enfin, un des bassins traités comme exemple a permis de se rendre compte du fait que l’analyse de terrain échoue à représenter correctement les talwegs sinueux et encaissés, comme l’illustre la figure ci-dessous. Il faudrait pour résoudre ce problème diminuer l’équidistance des courbes, mais cela impliquerait un maillage très dense.
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Partie III : Modèle hydrologique Topog. Couplage avec le réseau anthropique.
Figure 6 : Application de l'analyse de terrain au bassin versant de la Ramée (56)