Conclusion et analyses complémentaires

Dans ce premier chapitre, l’objectif était de développer une méthode pour la prise en compte de la phénologie réelle des cultures dans le modèle de surface SURFEX-ISBA. Un des principaux enjeux était de réussir à exploiter le potentiel de produits satellite à haute résolution tout en limitant le temps de simulation. L’idée de discrétiser le domaine d’étude, non pas en mailles régulières, mais en parcelles de végétation homogène, sur la base des cartes d’occupation des sols issues des données satellite, a rendu cela possible. Cela permet une spatialisation de la simulation relativement peu couteuse en temps de calcul tout en conservant la capacité de la télédétection haute résolution à reproduire l’hétérogénéité spatiale et temporelle de la végétation. L’usage de produits de LAI issus de Formosat-2 a permis de montrer l’impact d’une non prise en compte des pratiques influençant la période culturale (rotation de cultures, choix des dates de semis et de récolte). En comparant l’usage d’une base de données climatologique et l’usage de LAI satellite (section 5), on remarque un impact relativement fort sur l’évapotranspiration, notamment sur les cultures d’été, où le cycle d’évapotranspiration peut se retrouver décalé d’un mois. Malgré une différence sur le volume annuel d’évapotranspiration relativement faible (Table I-3), cette différence de variabilité temporelle pourrait conduire, dans les agrosystèmes, à de fortes différences de répartition des flux à l’échelle du paysage (Fig. I-3), puisque les cultures d’été y représentent une grande part de l’occupation des sols. On peut donc penser qu’un couplage à un modèle météorologique ou climatique pourrait montrer des différences non négligeables sur l’évolution des variables atmosphériques.

Néanmoins, l’étude des années de maïs sur Lamasquère (section 5.4.1) montre qu’un biais relativement important sur l’amplitude du cycle d’évapotranspiration est visible durant l’été. Ce biais est lié à l’absence d’irrigation dans le modèle (Fig. I-3.2). Or, l’irrigation représente un flux hydrique très important, pouvant représenter jusqu’à 40% des précipitations reçues sur les parcelles irriguées. Cela impacte également l’hydrologie dans la mesure où cette eau va être prélevée dans la nappe, les rivières ou des retenues d’eau. Afin de palier à cela, je me suis attaché dans la seconde partie de la thèse à représenter une irrigation réaliste dans SURFEX-ISBA.

Type de végétation 2006 2007 2008 2009 2010 Hors cultures -22 (-4.1%) -25 (-3.6%) -35 (-4.6%) -30 (-4.7%) -31 (-4.9%) Blé -6 (-1.1%) -21 (-3.1%) -60 (-7.8%) -34 (-5.3%) -18 (-2.9%) Tournesol/soja -19 (-3.7%) -68 (-10.1%) -36 (-4.7%) -51 (-7.9%) -51 (-8.1%) Maïs/Sorgho -7 (-1.4%) -40 (-5.9%) -28 (-3.7%) -35 (-5.4%) -32 (-5.0%) Toutes parcelles -19 (-3.6%) -28 (-4.1%) -39 (-5.1%) -33 (-5.1%) -31 (-4.9%)

Table I-3: Différence d’ETR, en mm, entre les expériences FORMOSAT et ECOCLIMAP par an et type de végétation. La valeur entre parenthèse représente l’équivalent en pourcentage des précipitations annuelles.

Figure I-3.1: Coefficient de corrélation entre les LE simulés par les expériences ECOCLIMAP et FORMOSAT en 2006. La figure a) montre toutes les parcelles, la b) uniquement le blé, la c) le maïs et la d) le tournesol et le soja.

6.2 Impact sur la modélisation hydrologique

L’étude précédente montre également que l’impact sur les flux d’eau, particulièrement le drainage vers la nappe et dans une moindre mesure le ruissellement, est notable sur les cultures. Afin d’estimer l’impact que cela peut avoir sur le débit des cours d’eau, la méthode présentée dans cet axe a également été appliquée, dans le cadre du projet RTRA-STAE REGARD, sur le bassin versant de la Save (Fig. I-4.1), cours d’eau affluent de la Garonne et coulant à quelques dizaines de kilomètres à l’Ouest de notre zone d’étude. Le climat y est similaire mais le relief y est un peu plus vallonné que sur la précédente zone d’étude. L’occupation des sols (Fig. I-4.2) est assez similaire sur la partie avale du bassin mais plutôt composée de prairies en partie amont. Le routage hydrologique de cette simulation a été réalisé par le CNRM grâce au modèle hydrologique MODCOU (Ledoux et al., 1989).

Figure I-4.2: Occupation des sols sur le bassin de la Save

La figure I-4.3 montre la comparaison entre les débits simulés à l’exutoire du bassin pour l’année 2009, avec en entrée :

- une simulation de la surface par défaut à 8 km de résolution utilisant ECOCLIMAP-II réalisée par le CNRM, nommée CNRM.

- une simulation utilisant ECOCLIMAP-II mais effectuée par parcelles, à la manière de l’expérience REF en section 5, nommée CESBIO_REF.

- une simulation utilisant des séries temporelles de LAI issues du réseau de neurones BVNET (Sect. 5.2.2.1), ainsi que des cartes d’occupation des sols issues de la chaine IOTA2 (Inglada et al., 2015), toutes produites sur la base des données Landsat-5 (30 m de résolution, 16 jours de revisite), nommée CESBIO_LAI.

Figure I-4.3: Débits simulés et observé de la Save à la station de Larra (Haute-Garonne). Il est tout d’abord intéressant de noter que les conclusions faites sur les flux hydrométéorologiques sur ce bassin versant sont les mêmes que celles présentées en section 5. Les deux expériences CESBIO engendrent néanmoins une dégradation des débits simulés par rapport à la simulation CNRM, avec un critère de Nash (Nash et Sutcliffe, 1970) passant de 0.62 à 0.47. Le débit semble plus élevé en hautes-eaux et plus faible en basses- eaux que celui de l’expérience CNRM. Cette dégradation peut être expliquée par plusieurs facteurs. Premièrement, le routage hydrologique nécessite une agrégation des sorties de simulation de CESBIO_REF et CESBIO_LAI à 8km. Cette agrégation peut être une source importante d’incertitudes. La Save est également un cours d’eau alimenté en amont par le canal de la Neste, géré par la CACG. Ce canal sert essentiellement pour le soutien du débit d’étiage en été. Néanmoins, il n’a pas été pris en compte dans la simulation, ce qui induit des erreurs notables. Enfin, le routage hydrologique a été réalisé pour les trois expériences avec un même paramétrage de MODCOU, qui a été calibré pour fonctionner correctement à 8 km de résolution avec ECOCLIMAP-II en entrée. Cette paramétrisation pourrait ainsi ne pas être adaptée à une description aussi fine de la surface et des couverts. Réaliser un nouvel étalonnage sur la base des simulations intégrant du LAI satellite pourrait, au-delà de l’amélioration des performances de restitution des débits, permettre de rendre le paramétrage de MODCOU plus réaliste, du point de vue de la description de la surface. Enfin, cette simulation n’intègre pas l’irrigation et donc ne simule pas les différents prélèvements et retenues modulant le débit du cours d’eau à l’exutoire du bassin. Intégrer l’impact de l’irrigation et réaliser un étalonnage de MODCOU sur cette base permettrait potentiellement une restitution plus fidèle des débits.