Modèles globaux 78

ORCHIDEE (ORganizing Carbon and Hydrology In Dynamic EcosystEms)

ORCHIDEE est un modèle de surface continentale développé au LMD/LSCE. C‘est un modèle à base physique permettant de représenter l‘humidité du sol et ses interactions avec l‘atmosphère (Krinner et al. 2005).

Il se compose de trois modules : SECHIBA qui s‘occupe de schématiser les échanges hydriques à l‘interface biosphère atmosphère, STOMATE qui simule les échanges de carbone avec la biosphère et LPJ qui traduit la dynamique de la végétation. Il calcule les processus hydrologiques (infiltration, écoulement, évapotranspiration, humidité du sol et interception) sous maille à des échelles temporelles fines (sub-horaire pour les processus de surface des sols, journalier pour le cycle de carbone et annuel pour la dynamique de la végétation).

Les données d'entrée nécessaires représentent la pédologie, la pluie et la température mais également le vent, l‘humidité de l‘air et le rayonnement.

ORCHIDEE a été appliqué en zone semi-aride et particulièrement en Afrique (Traore et al. 2014; D‘Orgeval & Polcher 2008; Krinner et al. 2005) et a participé aux expériences ALMIP (Boone et al. 2009) et ALMIP2 (Grippa et al. 2016). L'étude de D‘Orgeval and Polcher (2008), portant sur la simulation de l'impact des événements pluvieux et du changement d'usage des sols sur les débits des rivières d'Afrique de l'Ouest depuis 1950, a conclu que le modèle peut sous estimer le ruissellement de surface sans une bonne prise en compte de l‘intensité des événements de pluie. De plus Traoré et al. (2014) mettent en évidence l'incertitude du modèle liée au nombre important de données de forçage

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Développé par le Centre National de Recherche Météorologique (CNRM), le modèle de surface continentale ISBA, permet de simuler les flux de surface résultant des échanges entre l‘atmosphère et le sol superficiel ou l‘eau (Noilhan & Planton 1988).

Son couplage avec le modèle de routage TRIP, permet de router et de propager les masses d‘eau au travers du réseau hydrographique (Pedinotti et al. 2012). L‘écoulement de surface se fait par excès de saturation du sol ou par dépassement de la capacité d'infiltration suivant les versions. Afin de mieux prendre en compte l‘hétérogénéité spatiale des processus hydrologiques d‘un bassin, un module de répartition sous maille de ces derniers a été introduit au pas de temps sub-horaire (Decharme & Douville 2007).

Les données d'entrée nécessaires sont les forçages atmosphériques, les propriétés du sol et de la végétation pour chaque maille. Dans la version à 3 couches de sol (Boone et al. 1999), les processus quantifiés sont les surfaces inondées, la neige, l‘humidité du sol, l‘évaporation, le ruissellement et l‘infiltration.

Ce modèle a été appliqué sur l'Afrique de l‘Ouest dans son ensemble (ALMIP1, Boone et al., 2009), sur le bassin du Niger (Pedinotti et al. 2012; Cassé et al. 2015) ou encore sur les sites méso-échelle d‘AMMA-CATCH, dont le Gourma (ALMIP2, Grippa et al., 2016).

GR2M (modèle de Génie Rural à 2 paramètres et au pas de temps Mensuel)

Modèle conceptuel global, GR2M (Makhlouf 1994) est un modèle de génie rural développé au CEMAGREF (France) afin de répondre aux demandes en hydrologie en estimant simplement les paramètres d'un bassin versant non jaugé.

Comme son nom l'indique, GR2M fonctionne au pas de temps mensuel et ne comporte que 2 paramètres à caler. Il représente le système par deux réservoirs dont l'un constitue le sol et régit la fonction de production et l'autre constitue l'eau gravitaire et régit la fonction de transfert. Les écoulements de surface sont entièrement contrôlés par la capacité en eau du sol, le réservoir d'eau gravitaire, les précipitations et la demande évapotranspiratoire.

Ce modèle a été largement utilisé en côte d'ivoire et plus largement en zone soudano-sahélienne (Paturel et al. 1995; Ouedraogo et al. 2001; Ardoin-Bardin 2004). Au Burkina-Faso, l'étude de Mahé et al. (2002) a montré que la performance du modèle est sensible à une évolution de la couverture terrestre.

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WBM (Water Balance Model)

WBM est un modèle de bilan d'eau global conceptuel développé par Vörösmarty (1989) afin de transformer les données spatialement complexes pour fournir des informations hydrologiques essentielles aux modèles.

Maillé et non directionnel, il contient deux paramètres, un pour l'écoulement direct et un pour l'écoulement retardé, et fonctionne au pas de temps mensuel. Le modèle comporte un seul réservoir, dont la capacité est définie suivant la capacité de rétention en eau du sol. Pour que l'écoulement se produise, il faut que la pluie excède l'évapotranspiration et satisfasse le déficit d'humidité du sol. Les données de forçages couvrent les précipitations, température, évapotranspiration potentielle, végétation, sol et topographie afin de calculer l'humidité du sol, l'évapotranspiration et le ruissellement pour chaque maille.

Validé initialement pour le bassin du haut Nil Bleu en Ethiopie par Conway (1997) il a été par la suite appliqué et validé sur le bassin du Nakambé au Burkina Faso (Mahé et al. 2002) pour lesquels il a donné des résultats convaincants.

IBIS (Integrated BIosphere Simulator)

IBIS (Foley et al. 1996) est un modèle développé afin de représenter un large éventail de processus physiques et écologiques (à savoir les processus de surface, la physiologie et la phénologie des plantes et le bilan de carbone) à travers différentes échelles de temps.

Le module de surface terrestre qui utilise deux couches de végétation et six couches de sol permet de simuler les échanges surfaciques dans des conditions d'état de surface variables. La teneur en eau du sol, variable dans le temps est l'espace, est définie pour chaque couche en fonction de la conductivité hydraulique du sol, de la rétention en eau du sol, de l'absorption par la plante et des conditions aux limites (Kucharik et al. 2000). IBIS simule explicitement les écoulements de surface et de sub-surface sur la base d'une grille fonction des caractéristiques du sol, de la végétation et du climat. L'écoulement entre les cellules de la grille est simulé par la suite à l'aide du modèle de routage THMB pour une résolution horizontale de 5 minutes et par saturation du sol (Foley et al. 1996; Kucharik et al. 2000). Le modèle IBIS a été largement testé globalement et régionalement, principalement en Australie (Foley et al. 1996; Kucharik et al. 2000; Chen et al. 2015) mais également sur des bassins semi-arides Africain (Coe & Foley 2001; Delire & Foley 1999; Li et al. 2007; Boone et al. 2009). Le modèle a montré un bon accord sur les tendances globales du ruissellement par rapport aux observations malgré une performance limitée pour les régions arides et semi-aride où il surestime à la fois les eaux de ruissellement et de drainage (Li et al. 2005).