3.1. Topographie
Pour représenter la topographie du bassin versant, un modèle numérique de terrain a été utilisé avec une résolution de 90 mètres (ASTER, 2011). Ces données de topographie sont issues du site https://asterweb.jpl.nasa.gov/gdem.asp. Ces données sont visibles sur la Figure II.2
3.2. Occupation des sols
Les données d’occupation du sol proviennent de la base de données européenne Corinne Land Cover (CLC, Agence européenne de l’environnement) et ont une résolution de 1 : 1 000 000. Plusieurs cartes sont disponibles via cette banque de données : celles de 1990, 2000 et 2006 qui est présentée dans ce chapitre à la Figure II.3, mais également les cartes des évolutions qui se sont produites entre chacune de ces dates. La disponibilité de ces données a permis de mener un travail sur l’effet de changement d’usage de sols sur la modélisation entre 1990 et 2006. Les différences entre ces deux cartes sont présentées en section 4 du chapitre 6. Ces données sont libres
d’accès et peuvent être récupérées via le portail
http://www.eea.europa.eu/publications/COR0-landcover.
3.3. Sols
La carte des sols utilisés dans ce projet est la carte européenne au 1 : 1 000 000 disponible via l’agence européenne de l’environnement et le portail européen des sols (European Soil Data Base of Eurasia - http://eusoils.jrc.ec.europa.eu/). Ces données sont présentées à la Figure II.4. Si la carte est restée la même pendant toute la durée de ce travail de recherche, les données physico-chimiques des sols utilisés pour la modélisation ont cependant évolué. Ainsi, les résultats du premier article présenté dans ce manuscrit (Chapitre 4) ont été réalisés avec une classification simplifiée de ces sols pour ne garder que 9 types de sols ayant des comportements hydrologiques similaires. Cette simplification, réalisée à cause du manque d’informations sur les caractéristiques pédologiques, a été réalisée par Chea (2012). Par la suite, et pour réaliser le reste des travaux présentés ici, les modélisations ont été réalisées en utilisant de nouveaux
INFOSOL de l’INRA via des fonctions de pédotransfert. Sur l’aire occupée par le bassin versant, cette nouvelle classification permet de prendre en compte 70 sols différents, décrits sur 4 horizons.
3.4. Climat
Le bassin versant de la Garonne abrite 36 stations météorologiques informant sur la précipitation et la température. Huit d’entre elles mesurent également le rayonnement solaire incident, l’humidité de l’air et la vitesse du vent. Les périodes temporelles couvertes par ces stations sont variables d'un site à l'autre. Ces données sont disponibles sur demande via https://donneespubliques.meteofrance.fr.
Figure II.15 : Situation géographique des différents jeux de données météorologiques
La deuxième source de données climatiques est la base de données SAFRAN (Quintana-Segui et al., 2008; Vidal et al., 2010a), un système de réanalyse à méso- échelle des variables climatologiques de surface. En d’autres termes, il s’agit d’une interpolation de toutes les informations météorologiques disponibles sur une grille de 8 par 8 km. Sur chaque maille de cette grille sont stockés les paramètres suivants : altitude, pression, précipitations solide et liquide, température, humidité spécifique et rayonnement solaire incident, au pas de temps horaire de 1958 à 2010. Le produit SAFRAN correspond dans les faits à des stations météorologiques « virtuelles », utilisables directement par notre modèle sans aucune lacune temporelle sur une période de 50 ans, avec une grande densité spatiale. Ces données SAFRAN se sont pas libres et doivent faire l’objet d’une convention avec Météo-France.
L’utilisation de l’ensemble de ces données météorologiques, visibles sur la Figure II.15, est discutée au chapitre 5 de ce document.
3.5. Nivologie
Dans ce travail, une attention particulière a été apportée à la représentation de la neige sur le bassin versant. Pour cela des données sur la couverture de neige ont été utilisées. Des données de mesure in situ sont disponibles pour six sites de suivi Météo-France pour la période 2000-2010 à un pas de temps journalier (Figure II.16). Ces stations de mesure sont réparties sur la zone pyrénéenne du bassin et nous ont permis d’obtenir les hauteurs de neige mesurée au sol. L’obtention de ces données a fait l’objet d’une demande particulière auprès des services Météo-France
Figure II.16 : Emplacement des stations nivologiques utilisées dans l’étude.
Des données satellitaires ont également été utilisées lors de cette étude afin d’estimer la couverture spatiale de la couverture de neige. Les données utilisées proviennent de la sonde MODIS (Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer ) qui est à bord du satellite Terra de la NASA. Les données ont été extraites du produit MOD10A2 version 5 (Hall et al., 2006). MOD10A2 fournit une synthèse de l’étendue maximale de couverture de neige sur une période mobile de huit jours depuis février 2000 jusqu’à aujourd'hui. Ainsi, pour chaque pixel, MOD10A2 indique si la neige a été détectée au moins une fois sur une période de huit jours (présence ou absence de neige). La
3.6. Hydrologie
L’accès à la base de données des réseaux nationaux de surveillance hydrologique nous permet l’utilisation d’un nombre très important de chroniques hydrologiques, puisqu’il existe actuellement 280 stations d’hydrométrie générale sur l’ensemble du réseau hydrographique du bassin versant étudié. Certaines d’entre elles sont en activité depuis le début du XXe siècle et la majorité depuis les années 50.
Cette base de données permet d’obtenir les hauteurs d’eau, les débits journaliers et mensuels ainsi que les débits et hauteurs maximums instantanés journaliers et mensuels. Toutes ces informations sont disponibles sur demande : www.hydro.eaufrance.fr.
3.7. Changements climatiques
Pour estimer l’impact des changements climatiques sur le bassin versant, des données issues du modèle ARPEGE de météo France ainsi que de 9 autres modèles du projet EURO-CORDEX ont été utilisées (pour des détails sur le projet EURO-CORDEX, revoir Partie I ).
Tableau II.1 : Modèles climatiques globaux (MCG) et régionaux (MCR) utilisés dans le projet de recherche
MCG MCR SCENARIOS Historique RCP 4.5 RCP 8.5 CNRM-ARPEGE CNRM-ALADIN X X X EU RO -C OR DE X CNRM-CERFACS-M5 RC4A X X X CNRM-CM5 CCLM4-8-17 X X EC-EARTH RCA4 X X X IPSL-CM5A-MR RCA4 X X IPSL-CM5A-MR WRF331F X X MPI-ESM-LR CCLM4-8-17 X X X MPI-ESM-LR REMO019 X X X MPI-M-MPI-ESM-LR RCA4 X X MetEir-EC-EARTH RACMO22E X X X
Comme abordé dans la partie I de ce document, l’utilisation de données climatiques pour la réalisation d’étude d’impact régional nécessite une régionalisation des informations initialement produites à l’échelle globale. Ainsi, toutes les données utilisées dans cette étude sont issues de modèles climatiques régionaux (MCR) dont les conditions aux limites sont fournies par un modèle climatique global (MCG). Le
Tableau II.1 présente l’inventaire des modèles utilisés ainsi que des scénarios disponibles pour chacun d’entre eux.
Les scénarios historiques couvrent la période 1971-2005 et les projections climatiques les périodes 2006-2100. Les scénarios RCP4.5 et RCP8.5 sont les scénarios établis par le GIEC (revoir partie I). Dans la suite de l’étude, la référence aux modèles climatiques sera faite de la façon suivante MCG_MCR (ex : CNRM-ARPEGE_CNRM-ALADIN). Les données de chacun de ces modèles, livrées au pas de temps journalier, ont été projetées sur la même grille que SAFRAN. Ces données ont également été corrigées par rapport aux données SAFRAN selon deux méthodes différentes :
Les données de CNRM-ARPEGE_CNRM-ALADIN ont été corrigées en utilisant la méthode dite de correction quantile-quantile qui consiste à corriger les valeurs des quantiles simulés par le modèle avec ceux issus des données observées. En chaque point du modèle, pour chaque variable météorologique, les 99 centiles des séries quotidiennes sont calculés pour les séries simulées et observés. On détermine ensuite une fonction de correction qui associe à chaque centile du modèle au centile observé. Ainsi toute la distribution statistique d'une variable météorologique simulée est corrigée quantile par quantile.
Les données issues des réalisations des différents modèles du projet EURO- CORDEX ont été corrigées en utilisant la méthode dite de CDTt (Cumulative Distribution Function - Transform). Cette méthode consiste à générer des fonctions de distribution cumulative locales à partir de champs à grande échelle. On cherche non plus à corriger les données du modèle futur quantile par quantile par rapport aux données passées, mais directement à calculer une fonction cumulative de distribution pour les données futures. (Michelangeli et al., 2009)
Enfin, les données journalières générées disponibles ne sont pas les mêmes pour tous ces modèles : CNRM-ARPEGE_CNRM-ALADIN proposent les 5 mêmes paramètres que SAFRAN (altitude, pression, précipitations solide et liquide, température, humidité spécifique et rayonnement solaire) alors que l’ensemble EURO-CORDEX ne rend disponibles que la température et la précipitation. Toutes sont téléchargeables via la plate-forme DRIAS de Météo-France http://www.drias-climat.fr.