La chaˆıne SIM France est depuis quelques ann´ees exploit´ee de fa¸con op´erationnelle et en temps
r´eel `a M´et´eo-France (gestion par l’´equipe DP/DCLIM/Hydro), en particulier afin d’assurer le suivi
quotidien des composantes du bilan hydrique sur la France.
Les mod`eles SAFRAN et ISBA sont compl`etement op´erationnels et temps r´eel depuis d´ecembre
2003. En revanche, le mod`ele MODCOU n’est pas encore op´erationnel, cependant, pour les
be-soins de la pr´evision d’ensemble des d´ebits, j’ai mis en place une chaˆıne MODCOU temps r´eel
exp´erimentale, qui pr´efigure la version r´eellement op´erationnelle de MODCOU (voir partie IV
cha-pitre 2).
Deux chaˆınes SIM sont g´er´ees en op´erationnel par DP/DCLIM/Hydro :
– la chaˆıne ”SIM temps r´eel” :
Cette chaˆıne tourne de fa¸con quotidienne. Elle est lanc´ee tous les jours vers 8H30 UTC, et
simule la p´eriode de J-1 6H UTC `a J 6H UTC.
Cependant, le d´elai entre la fin de la p´eriode simul´ee et le lancement de la chaˆıne ´etant
relativement court, le syst`eme SAFRAN ne peut utiliser pour son analyse que les donn´ees
d’observations qui sont disponibles dans les bases de donn´ees de M´et´eo-France au moment
du lancement, soit celles des stations qui alimentent les bases de donn´ees en temps quasi-r´eel
(figure 5.7). Ceci ne constitue pas l’ensemble des donn´ees climatologiques de M´et´eo-France.
Fig.5.7– Observations utilis´ees pour la chaˆıne SIM ”temps r´eel” du 04/08/06, environ 1600 postes
L’ensemble des sorties de la chaˆıne SIM ”temps r´eel” est disponible d`es leur production dans
la Base de Donn´ees Analys´ees et Pr´evues (BDAP) de M´et´eo-France.
– la chaˆıne ”SIM climatologie” :
Cette chaˆıne est lanc´ee une fois par mois, vers le 20 de chaque mois M, sur la p´eriode allant
du 1er aoˆut de l’ann´ee hydrologique en cours jusqu’`a la fin du mois M-1.
CHAPITRE 5. LA CHAˆINE SIM FRANCE 37
plus grand, en effet de nombreuses observations n’alimentent pas les bases de donn´ees
cli-matologiques en temps r´eel mais sont envoy´ees `a certaines dates. Au 20 de chaque mois, on
consid`ere que l’on dispose de l’ensemble des donn´ees existentes depuis le d´ebut de l’ann´ee
hydrologique jusqu’`a la fin du mois pr´ec´edent (figure 5.8).
Fig.5.8– Observations utilis´ees pour la chaˆıne SIM ”climatologie”, r´eseau RCE (R´eseau Climatologique d’Etat),
environ 3000 postes
Un des rˆoles de la chaˆıne SIM ”climatologie” est de recaler la chaˆıne temps r´eel. En effet, pour
´eviter toute d´erive et pour se rapprocher au mieux des observations, la chaˆıne SIM ”temps
r´eel” est r´einitialis´ee au premier de chaque mois par les sorties de la chaˆıne ”climatologie”.
Il existe de nombreuses applications et utilisations des chaˆınes SIM op´erationnelles, internes `a
M´et´eo-France ou externes, dont quelques unes sont pr´esent´ees ici.
Les produits SAFRAN sont en particulier destin´es `a la r´einitialisation quotidienne de la chaˆıne
SIR (Safran-Isba-Routes), ou `a la production d’indices de feux de forˆets IFM (Indice Feux M´et´eorologique)
sur la France. Ils sont ´egalements fournis `a divers clients.
De plus, un suivi d´ecadaire et mensuel de la s´echeresse est fait par l’´equipe DP/DCLIM/ACP
(Analyse du Climat et Publications) grˆace aux sorties SIM.
Ces sorties sont utilis´ees aussi par les cellules s´echeresse (dans les DIR (Directions
Inter-r´egionales de la M´et´eorologie) et les CDM (Centre D´epartementaux de la M´et´eorologie)), et par le
comit´e national s´echeresse (MEDD, Minist`ere de l’Environnement et du D´eveloppement Durable).
Les produits SIM alimentent en particulier le bulletin mensuel BSH national (www.eaufrance.fr,
rubriques eau dans le sol et manteau neigeux).
Enfin, SIM est utilis´e au SCHAPI (Service Central Hydro-m´et´eorologique d’Aide `a la Pr´evision
des Inondations) du MEDD, dans le cadre d’une ”Exp´erimentation SIM”. En particulier, une
combinaison des param`etres humidit´e des sols initiale (sortie SIM) et pluie pr´evue est utilis´ee
comme un indice de risque de crue (´elaboration d’abaques par bassin versant), et participe `a la
vigilance crue. SIM contribue ´egalement `a la pr´evision des crues d’origine nivale ou de ruissellement,
et fournit en outre les for¸cages atmosph´eriques et les bilans de surface spatialis´es pour l’initialisation
de mod`eles hydrologiques ´ev´enementiels.
Troisi`eme partie
Mod´elisation hydro-m´et´eorologique
du bassin de la Seine
Cette partie a fait l’objet d’une publication dans Journal of
Geophysical Research [ROUSSET et al. 2004]
Introduction
Le bassin versant de la Seine est l’un des bassins les plus urbanis´es de France, avec 25 % de
la population fran¸caise sur 12 % du territoire. C’est aussi un important pˆole industriel et agricole,
avec des r´egions d’agriculture intensive comme la Beauce. Les pressions urbaines et agricoles sur la
qualit´e et la quantit´e d’eau sont donc consid´erables sur ce bassin, et les s´echeresses et inondations y
sont lourdes de cons´equences, tant sur le plan humain qu’´economique. Les r´ecentes et dramatiques
inondations de la Somme (2000) et de Prague (2002) ont mis en avant de la sc`ene m´ediatique le
risque g´en´er´e par les crues lentes dans les zones tr`es urbanis´ees. A Paris, le niveau ´elev´e des nappes
en 2000-2001 a raviv´e les craintes de crues de l’ampleur de celle de 1906, et de nombreux chantiers
sont entrepris pour minimiser les d´egˆats qu’une telle crue pourrait engendrer (protection des lignes
de RER, d´em´enagement des oeuvres d’art en sous-sol au mus´ee du Louvre, etc.).
C’est pourquoi la mod´elisation hydro-m´et´eorologique de ce bassin est particuli`erement
impor-tante, afin de mieux comprendre, reproduire, puis `a terme pr´evoir, le comportement hydrologique
du bassin de la Seine.
Cette premi`ere partie de ma th`ese pr´esente la mise en oeuvre du syst`eme coupl´e
SAFRAN-ISBA-MODCOU (SIM) sur le bassin de la Seine sur une longue p´eriode (17 ans). La chaˆıne SIM
a d´ej`a ´et´e test´ee avec succ`es sur les bassins du Rhˆone et de l’Adour-Garonne ([HABETS 1998],
th`eses [ETCHEVERS 2000] et [MOREL 2002], partie II), il est maintenant utilis´e sur le bassin de
la Seine. Ce bassin se distingue des pr´ec´edents par le faible rˆole jou´e par le manteau neigeux (et plus
g´en´eralement par le relief), mais ´egalement par la forte densit´e urbaine, ainsi que par l’´etendue et
la complexit´e des nappes souterraines sous-jacentes. La repr´esentation du bassin versant de la Seine
dans le mod`ele MODCOU a fait l’enjeu d’une th`ese `a l’Ecole des Mines de Paris ([GOMEZ 2002]),
et dont ce travail b´en´eficie pour la partie aquif`ere. Le but de mon travail est de qualifier le
compor-tement de SIM sur ce bassin, et en particulier son potentiel `a reproduire les ´episodes de crues lentes.
Dans le syst`eme coupl´e SIM, SAFRAN (Syst`eme Fournissant des Renseignements Atmosph´eriques
`
a la Neige) permet de reconstituer les champs m´et´eorologiques n´ecessaires `a cette mod´elisation
(pr´ecipitations, temp´erature, etc.). Le sch´ema de surface ISBA (Interactions Sol Biosph`ere
At-mosph`ere) repr´esente les bilans ´energ´etique et hydrique. Il est coupl´e avec le mod`ele hydrologique
MODCOU (MOD`ele COUpl´e). Ce mod`ele, d´evelopp´e au Centre de G´eosciences de l’Ecole
Natio-nale Sup´erieure des Mines de Paris (CG/ENSMP), permet `a partir des lames d’eau ruissel´ee et
drain´ee issues d’ISBA de calculer les d´ebits des rivi`eres et les niveaux des nappes, qui peuvent
ˆetre confront´ees aux nombreuses mesures r´eparties sur le bassin et disponibles pour de nombreuses
ann´ees (partie II).
Dans cette partie de ma th`ese, le bassin de la Seine et la repr´esentation de la couche de surface
et des aquif`eres sont tout d’abord d´ecrits dans le chapitre 1.
La climatologie reconstitu´ee par SAFRAN sur les 17 ann´ees de simulation au pas de temps
horaire est analys´ee au chapitre 2.
Ensuite la simulation de SIM sur la p´eriode 1985-2002 est pr´esent´ee. Je me suis tout d’abord
attach´e `a mieux repr´esenter les surfaces urbaines grˆace `a l’utilisation du sch´ema de ville TEB (Town
Energy Budget) (chapitre 3). L’analyse de la simulation sur la p´eriode 1985-2002 est d´etaill´ee dans
le chapitre 4, en terme de d´ebits et de niveau de nappes puis en terme de bilans. Pour l’analyse
des d´ebits on utilise des outils statistiques couramment employ´es en hydrologie : calcul de scores
(corr´elation, crit`ere de Nash) pour les d´ebits journaliers et mensuels, calcul de la m´ediane et des
quintiles pour les d´ebits mensuels, ´etude des hautes eaux (ajustement par la loi de Gumbel du d´ebit
moyen sur une dur´ee de 1 `a 30 jours). Une ´etude du comportement du souterrain est pr´esent´ee,
avec en particulier son ´evolution spatiale et temporelle. La fin de ce chapitre est consacr´ee `a l’´etude
des bilans hydrique et ´energ´etique, et de leur variabilit´e spatiale et temporelle (annuelle et
inter-annuelle).
Pour terminer, le chapitre 5 se concentre sur les ´episodes de crue de la Seine `a Paris les plus
r´ecents, dans le but de cerner le potentiel de SIM `a repr´esenter ces ´episodes.
Ce travail de mod´elisation hydro-m´et´eorologique du bassin de la Seine a fait l’objet d’une
Chapitre 1
Mise en oeuvre du mod`ele coupl´e
SAFRAN-ISBA-MODCOU sur le
bassin de la Seine
1.1 Pr´esentation du domaine g´eographique
Le bassin versant de la Seine s’´etend du Morvan `a la Champagne au Nord et `a la Normandie `a
l’ouest, il repr´esente 12 % de la surface de la France. Le relief de ce bassin est peu accident´e, avec
des altitudes g´en´eralement inf´erieures `a 300 m, d´epassant rarement 500 m sauf dans le Morvan o`u
elles atteignent les 600 m (carte 1.1). Ces altitudes mod´er´ees expliquent les faibles pentes des cours
d’eau et l’existence de nombreux m´eandres.
Fig.1.1– Relief du bassin de la Seine
La Seine, d’une longueur de 776 km, prend sa source `a 471 m d’altitude sur le plateau de
Langres, en Bourgogne. Ses principaux affluents sont l’Oise, la Marne, l’Yonne, l’Eure et l’Aube.
Ces cours d’eau ont un r´egime hydrologique dit ”pluvial oc´eanique”, avec un d´ebit maximal en hiver
lorsque l’´evapotranspiration est faible, et minimal en ´et´e lorsque l’´evapotranspiration est forte.
Dans le document
Modélisation des bilans de surface et des débits sur la France, application à la prévision d'ensemble des débits
(Page 45-52)