dans les modèles hydrologiques
6.3. Discrétisation et Validation
6.3.1. Discrétisation spatiale
Afin de prendre en compte, la variabilité sous-maille de l’accumulation et de la composante de fonte, il est alors nécessaire de discrétiser, une étape qui nécessite par ailleurs de désagréger le forçage.
On pourrait alors songer à discrétiser complètement le module de neige à l’intérieur de la maille, à la manière du modèle de spatialisation, à y calculer les lames de fonte, puis à réagréger les lames d’eau à l’échelle du bassin. Cette approche est toutefois très coûteuse en calcul. Etant donné le contrôle altitudinal, une discrétisation appropriée consiste à discrétiser le module par bandes d’altitudes, en tant qu’entité de calcul du module.
6.3.2. Validation
Quel que soit le module d’accumulation et de fonte choisi, un nouveau jeu de paramètres θneige est introduit. S’il n’est pas prescrit, il convient de mobiliser de l’information nivale. A cet effet, à défaut de pouvoir mesurer la fonte directement, il est important de simuler, par le biais du bilan de masse, l’information relative à l’évolution du manteau neigeux, matérialisé par la va-riable d’état SWE, car c’est une vava-riable mesurable (à l’aide de perches à neige (indirectement)
ou de nivomètres à rayonnement cosmique) et peut servir à valider le module de neige dans son ensemble. Comme pour la mesure fournie par un nivomètre, cette information est ponctuelle, ce qui nécessite de valider le module neige au point. Par ailleurs, il existe une base de données de fraction du couvert neigeux (SCF ), dont l’information peut être extraite à partir des données du radiomètre spectral embarqué MODIS (e.g.Magand et al.,2014). Cette base de données se démarque des informations au point puisqu’elle permettrait de valider une information spatia-lisée, au travers de la fraction de couvert neigeux à l’échelle du bassin, une donnée également simulable par un module de neige.
En complément du module d’accumulation et de fonte, il est possible d’ajouter une loi d’évo-lution des propriétés du manteau, du type de la loi de compaction, qui n’interagit pas direc-tement avec les données d’entrée ou de sortie. Cela nécessite l’introduction de variables d’état supplémentaires (la masse volumique pour la loi de compaction par exemple) et de nouveaux paramètres. Dans la perspective d’exploiter l’information glaciaire, cela semble d’autant plus pertinent de considérer une telle loi. Finalement, la structure globale d’un module de neige est la suivante figure 6.2 :
Figure 6.2. – Schéma de fonctionnement global d’un module de neige. La structure globale fait invervenir successivement un module d’accumulation forcé par les précipitations-températures, puis un module de fonte forcé par des données météorologiques et de rayonnement. En complément, il est possible de modéliser l’évolution des va-riables d’état rendant compte de l’évolution des propriétés du manteau neigeux. Chaque compartiment est associé avec un jeu de paramètres associé : θaccu, θf niv et θevol.
D’après ce schéma, on comprend alors que l’information nivale a pu permettre de contraindre l’information pluviométrique, en remarquant le fait que le manteau neigeux peut se comparer à un nivomètre géant. Elle est d’autant intéressante que c’est une mesure représentative des deux
champs de forçage à la fois. A cet effet, l’information ponctuelle d’équivalent en eau du manteau neigeux et l’information spatialisée de fraction du couvert neigeux peuvent être utilisées, chacun apportant une information différente. La fraction du couvert neigeux délimite en particulier la limite avale du manteau, ce qui est équivalent à une rangée fictive de postes d’observations à l’endroit où le bilan de masse nival s’annule. A titre d’exemple, reprenons les deux gradients orographiques et adiabatiques, cette fois associés à une évaluation conjointe d’un critère portant sur les observations poncuelles de pluie et un critère portant sur les observations ponctuelles d’équivalent en eau du manteau neigeux. Dans ce cas, ces deux gradients vont s’ajuster par compromis de manière à satisfaire, et les points d’observations pluviométriques, et les mesures d’équivalent en eau. Il est difficile de savoir quelle information est la plus pertinente. Si d’un côté, les données MODIS valident un contour, cette validation est toutefois restreinte à basse altitude, tandis que des mesures d’équivalent en eau bien répartie en altitude sont susceptibles de contraindre la variabilité altitudinale.
Dans la perspective d’étudier la réponse hydro-météorologique d’un bassin versant, cette in-formation nivale est également importante en vue de contraindre le jeu global de paramètres hydrométéorologiques et peut constituer un substitut intéressant à la validation-croisée des pré-cipitations, localisée uniquement sur le nombre de pluviomètres de validation (souvent restreint) et n’intégrant pas l’information de température.
le choix de la variable d’évaluation est important car le support spatial dont elle est représen-tative n’intègre pas la même information. En effet, pour la neige, optimiser un modèle par une fonction objectif portant sur la hauteur de neige au point, n’apporte par la même contrainte que selon l’optimisation d’une fonction objectif portant sur le couvert neigeux. De la même manière, vaut-il mieux calibrer un modèle en fonction d’une information de bilan de masse local représentative du point, ou globale représentative du massif glaciaire ?
Dans l’ensemble, les modules de neige souffrent de deux insuffisances majeures :
• une insuffisance liée à la non-considération de la transformation progressive de la neige en glace (ou du moins sa considération est rare)
• une insuffisance pour la simulation des débits journaliers à long terme (sur plusieurs années). A très haute altitude, où les températures sont basses tout au long de l’année, la neige ne fait que s’accumuler générant un stock d’équivalent en eau susceptible de ne jamais atteindre l’exutoire du bassin versant.
Face à cette deuxième insuffisance notamment, l’apparition de modules de glace a commencé à voir le jour. Avant de présenter les modules de glace existant, comprenons les processus glaciaires d’intérêt pour l’hydrologie.