2.4.2 Initialisation du système et période de mise en route

La mise en œuvre d’un modèle pluie-débit, l’évaluation de sa performance ainsi que l’optimisation des paramètres nous oblige à partir d’un état initial du système (indiqué par

S0 dans la Figure 7). Elle consiste à prédéfinir des valeurs initiales pour les paramètres du modèle avant de passer à la phase d’optimisation ou autrement dit avant sa confrontation à la réalité hydrologique observée (données). Dans le cas où le modèle comporte des réservoirs, cette phase d’initialisation consiste aussi à prédéfinir les nivaux initiaux de ceux-ci avant le calage. Dans une modélisation empirique ou conceptuelle, cette phase d’initialisation apparaît comme une nécessité ‘physique’ : « on ne peut pas savoir où on va si on ne sait pas d’où on

part ».

Généralement cet état initial est défini de façon arbitraire par le modélisateur. Cependant, le choix d’un état initial peut influencer le jeu optimal de paramètres du modèle ainsi que sa performance. Pour remédier à cette contrainte, on choisit généralement une période de mise en route.

Partie I/ 2. Méthodologie de modélisation

La période de mise en route est donc une solution au problème du choix arbitraire des niveaux initiaux des réservoirs au début de la période test. Elle consiste à ne prendre en compte que les résultats après une durée d’observation fixée au préalable. A titre d’exemple, Perrin (2000) a utilisé une période de mise en route de 1 an. Bouabdallah (1997) a fixé la période de mise en route à deux ans lors de l’élaboration de GR1A. Cependant, une année de mise en route équivaut à 365 observations au pas de temps journalier, 12 observations au pas de temps mensuel, une observation au pas de temps annuel et au pas de temps pluriannuel cette procédure perd son sens. Par suite, l’efficacité d’une période d’apprentissage fixée n’est pas la même en passant d’un pas de temps à un autre. Comment fixe–t– on donc un état initial dans

notre travail de recherche et quelle période de mise en route doit-on prendre pour éviter des problèmes de mise en route ?

En conclusion, rappelons que notre objectif est de fonder des modèles pluie-débit, conceptuels globaux, aux pas de temps pluriannuel, annuel et mensuel d’une part et chercher une éventuelle cohérence entre les différentes échelles de temps. L’approche qui sera suivie est une approche comparative sur deux axes : le premier est purement empirique, il se base sur une comparaison des structures existantes des modèles pour chaque pas de temps en question. Le deuxième se base sur la cohérence entre pas de temps en effectuant des aller-retours entre celles-ci d’une manière comparative. Il nous semble donc indispensable que la plate- forme de comparaison soit unique durant toute la démarche et pour toutes les échelles de temps traitées. Nous allons alors essayer de trouver des solutions pour les questions déjà posées en prenant en compte le facteur d’unicité de cette plate- forme de comparaison. Ces solutions seront présentées au fur et à mesure du traitement de chaque échelle temporelle en soulignant que malgré tout une adaptation de ces techniques de modélisation aux spécificités de chaque échelle semble souvent nécessaire.

Partie I/ 3. Conclusion -résumé de la première partie

I) 3.

Conclusion de la première partie

L’un des objectifs de la thèse est de garder la même plate- forme de comparaison pour traiter les trois échelles de temps dans ce travail de modélisation hydrologique, à savoir : pas de temps pluriannuel, annuel et mensuel jusqu’au pas de temps journalier déjà traité par Perrin (2000).

Nous avons bénéficié d’une base de données qui rassemble 429 bassins versants dont 307 bassins en France, 82 bassins américains (Etats-Unis), 26 bassins australiens, 10 autres de Côte d’Ivoire et 4 bassins brésiliens. Ils ont été utilisés dans différents programmes de recherche hydrologique. Toutes les dimensions des variables des observations (E, P et Q) sont uniformisées en millimètre par pas de temps (mensuel, annuel et pluriannuel) afin de faciliter l’étude comparative.

Quelques analyses préliminaires de l’échantillon des observations ont montré un comportement problématique d’un nombre limité de bassins. En effet, on assiste parfois à des valeurs de débit plus élevées que les pluies correspondantes. Ceci peut être imputé à une surestimation ou sous-estimation de ces variables ou encore à la différence entre la délimitation des bassins hydrogéologiques et topographiques ou encore à un apport ou perte non détectés. Nous avons choisi de garder la totalité de l’échantillon de données sans aucune sorte de traitement a priori, en l’absence d’outils rigoureux et systématiques de discrimination.

Pour des raisons de cohérence et d’efficacité, le choix de la ‘technique de modélisation’ sera unique pour tous les pas de temps à traiter : la variable cible est la racine des débits ; la méthode de calage est celle dite ‘pas à pas’ (Michel, 1989) ; l’évaluation de la performance repose sur la technique du double échantillon et le critère de performance sera celui présenté par Nash et Sutcliffe (1970).

Partie I/ 3. Conclusion -résumé de la première partie

Cependant, le fonctionnement d’un modèle exige la détermination d’un était initial du système qui reste purement arbitraire. Pour remédier à ce caractère arbitraire, on utilise généralement une période de mise en route durant laquelle les résultats ne sont pas pris en compte. Nous proposons des solutions pour échapper, à ce choix arbitraire qui consistent à adapter ces techniques à la spécificité de chaque échelle de temps traitée (mensuelle, annuelle et pluriannuelle). Elles seront présentées au cours du traitement de chaque pas de temps.

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II/ 1. Introduction

II) 1.

Introduction

Le souci de la modélisation pluie – débit est de mettre à la disposition des aménageurs ou bien des ingénieurs un outil « simple » qui permet l’estimation ou la prévision des débits pour une étude d’aménagement désirée (barrages, lacs, ponts, etc… ). Rappelons qu’au pas de temps pluriannuel, nous ne disposons pas de séries chronologiques et chaque bassin est représenté par une triplet unique (E, P, Q).

Cette partie présentera les travaux de modélisation pluie-débit au pas de temps pluriannuel. Elle présente une première approche de modélisation pluie–débit à cette échelle de temps suite à l’application de différents modèles pluie–débit, inspirés de ceux existant déjà dans la littérature hydrologique. Ce travail expose les résultats, les critiques et les conclusions qui en résultent. Pour ce faire, avant de présenter le jeu de modèles, tirés de la littérature, pour servir comme référence pour l’approche comparative, nous commençons par présenter les différentes formes de modèles pluie-débit fonctionnant à cette échelle de temps. Nous entamerons par la suite le travail de modélisation proprement dit.

II/ 2. Forme générale d’un modèle pluie-débit au pas de temps pluriannuel : Limites physiques

II) 2.

Forme générale d’un modèle pluie-débit

au pas de temps pluriannuel : Limites