DEMARCHE SCIENTIFIQUE

La question essentielle qui est au cœur de mes différents travaux de recherche est celle de la connaissance du cycle de l’eau et sa quantification par l’étude de la relation entre l’eau qui tombe et celle qui s’écoule à l’exutoire d’un bassin versant.

La démarche scientifique suivie s’est insérée dans un contexte scientifique qui a été décrit dans le chapitre précédent. Elle s’est aussi développée autour d’objets et d’outils de recherche ainsi que de méthodes adaptées aux domaines d’application abordés (fig n°3.1).

Fig n°3.1: Relations entre objets, outils, domaines et méthodes de la démarche scientifique

Positionnement

La démarche suivie a été marquée par une forte pluridisciplinarité et par des interactions nombreuses entre recherche et application.

Ces deux spécificités ont fortement conditionné les "objets" sur lesquels ont porté la recherche, les outils et méthodes utilisées.

Objets de recherche

Le bassin versant est l’unité fonctionnelle de base sur lequel les principes de conservation de masse et d’énergie s’appliquent. C’est donc lui qui a été le principal objet de mes recherches pour répondre aux objectifs de gestion de la ressource.

L’analyse des processus hydrologiques et leur évaluation au sein du bassin versant s’est appuyée sur le concept de bilan hydrologique dont le principe est simple et adapté aux objectifs d’application opérationnelle.

Parmi les processus conduisant à l’établissement du bilan hydrologique, ce sont les processus de transformation de la pluie en débit, encore mal élucidés qui ont fait l’objet de mes travaux et, plus particulièrement, le rôle déterminant du complexe sol-végétation-atmosphère comme nous l’avons vu au chapitre 2.2.1.

Lorsqu’il s’agit de modéliser ces transformations pluie-débit dans un modèle de comportement hydrologique de bassin versant, ce sont les états internes du système modélisé qui traduisent la dynamique des processus simulés. Ce sont donc eux qu’il faut pouvoir contrôler pour améliorer les sorties du modèle.

Méthodes et outils de recherche

Les outils de base sont l’observation et la mesure soit in situ, soit à l’aide de techniques spatiales. Ils nous ont permis de mettre en œuvre et de valider les méthodes destinées aux différentes applications développées.

Dans nos recherches, nous avons utilisé des modèles de fonctionnement pour caractériser les processus de surface, ces modèles venant étayer soit une approche empirique fondée sur l’observation et l’analyse statistique des états de surface, soit une approche plus déterministe essayant de relier les causes aux effets comme dans le modèle de correction de la diffusion du signal radar par une couverture végétale.

Le comportement du bassin versant a été modélisé par des modèles hydrologiques à partir d’une approche semi-empirique, et à partir d’une représentation conceptuelle simplifiée du cycle de l’eau et des différents termes du bilan hydrologique.

L’assimilation des données pour le contrôle des états internes du système modélisé s’est appuyée sur les techniques de filtrage et d’optimisation des paramètres présentés dans le chapitre 2.2.3.

En gestion de la ressource, les méthodes utilisées destinées à la prévision des débits et au contrôle des crues sont basées sur des modèles hydrologiques de prévision et des systèmes de décision en temps réel (chapitre 2.2.4).

Domaines d’application

Les domaines d’application abordés pourraient s’inscrire dans une démarche linéaire allant de la compréhension des processus à la modélisation des comportements hydrologiques puis au contrôle de la dynamique du système modélisé et enfin à la gestion de la ressource en eau. Ma démarche s’est cependant construite par itérations successives en revenant régulièrement aux différents domaines d’application:

- Dans le domaine de la compréhension des processus, les travaux développés ont porté sur l’étude du rôle majeur joué par l’état hydrique du sol dans la formation des écoulements à l’exutoire d’un bassin versant. Un autre point important a été l'étude des potentialités de la télédétection pour suivre l'évolution de cette variable tout au long du cycle hydrologique à l'échelle du bassin versant.

- Dans le domaine de la modélisation des comportements, les travaux de recherche ont porté sur la modélisation des flux à l’interface sol-végétation-atmosphère et le couplage de schémas de surface à un modèle hydrologique conceptuel.

- Dans le domaine du contrôle de la dynamique des systèmes modélisés, les recherches ont eu comme objectif la mise en œuvre de procédures d’assimilation de l'état hydrique du sol dans un modèle hydrologique et l'étude de leur intérêt pour la prévision des crues.

- Dans le domaine de la gestion de la ressource, les premiers travaux ont eu comme objectif d’améliorer la prévision des débits à l’exutoire d’un bassin, en temps différé tout d’abord puis en temps réel avec intégration dans un système de décision. L’amélioration des outils de prévision s’est faite en parallèle et a abouti au contrôle du risque de crues dans un contexte de gestion des barrages réservoirs.

La démarche suivie s'applique aux problèmes de gestion de la ressource en eau pour la prévision des crues et la gestion des réservoirs. Elle s'appuie sur une compréhension améliorée des flux de surface dans un modèle pluie débit. Ce modèle, couplé avec un schéma de surface a permis l'assimilation de données d'état hydrique du sol pour un meilleur contrôle de la dynamique du système hydrologique.