Modélisation du bassin du bief Ansongo-Niamey

Afin d'éviter les répercussions d'une simulation difficile du Delta intérieur sur l'étude de la genèse et le suivi de la crue Rouge à Niamey, une configuration spécifique du modèle a été développée. Dans cette nouvelle expérience numérique, le domaine modélisé est réduit à l’aire de drainage des pluies générant la crue Rouge à Niamey : le bassin du bief Ansongo-Niamey. Le découpage de l'aire de drainage est réalisé à partir du réseau de routage hydrologique de TRIP. Sont sélectionnées les cellules entre Ansongo et Niamey contribuant au débit à Niamey. Le nouveau domaine ainsi déterminé (Figure 3. 7) est composé de 49 cellules correspondant à une surface de 122 500 km2 _{et englobant les sous bassins du Gorouol, du Dargol et de la Sirba. Le domaine inclut}

96

également une partie de la rive gauche, au nord-ouest de Niamey, décrite comme majoritairement endoréique et peu contributrice dans la littérature, mais qui connait un récent changement avec des cas de ruptures d’endoréisme (chapitre 1).

Le nouveau domaine n'inclut pas la tête du bassin du Niger, dont la contribution doit être prise en compte. Un nouveau forçage est implémenté à partir d'observation in-situ du débit journalier à la station d'Ansongo. Au niveau de la cellule correspondant à la station de mesure d'Ansongo (Figure

3. 7), le lien entre ISBA et TRIP est rompu et le débit sortant de cette cellule est forcé grâce à la série

d'observations in-situ. La mise en œuvre de cette nouvelle configuration a été possible grâce à l'aide de V. Pedinotti qui a mis en place le nouveau formalisme du modèle et à l'ABN qui a fourni les séries d'observations du débit.

Figure 3. 7 : Domaine de la configuration du modèle ISBA-TRIP sur le bassin du bief Ansongo- Niamey. Les flèches noires représentent le sens de l'écoulement.

4.2.2 Simulation du débit à Niamey

En comparaison avec les résultats de l’implémentation sur l’ensemble du bassin du Niger (Figure 3. 6), la nouvelle configuration permet d’améliorer la simulation du débit à Niamey (Figure

3. 8). En dehors de la saison des pluies la simulation consiste simplement à propager le débit forcé à

Ansongo dans le réseau hydrologique jusqu’à Niamey, expliquant les nettes améliorations pour la crue Guinéenne et l’étiage. Malgré tout, le débit est systématiquement surestimé pendant les maxima de la crue Guinéenne. Ce biais positif provient du déficit de débit observé entre Ansongo et Niamey (chapitre 1) et qui n’est pas simulé. La simulation avec la nouvelle configuration du modèle sans ajustement des paramètres (courbe bleue) n’est cependant pas satisfaisante concernant la crue Rouge

97

qui est systématiquement sous-estimée. La modélisation de cette crue, dépendante de phénomènes locaux de fine échelle (ruissellement de Horton, encroûtement…), demande une adaptation de certains paramètres qui sont acceptables globalement mais ne conviennent plus après une descente en échelle. L’ajustement « manuel » de certains paramètres d’ISBA-TRIP, discuté dans le chapitre 4, améliore la simulation de la crue Rouge (Figure 3. 8 courbe rouge). Cet ajustement diffère des calibrations-validations classiques des modèles hydrologiques et est explicité dans le chapitre 4.

Figure 3. 8 : Débit du Niger à Niamey observé (courbe noire pointillée) et simulés avec SURFEX version 6 implémenté sur le bassin du bief Ansongo Niamey sans modification des paramètres (courbe bleue) et après leur ajustement (courbe rouge, chapitre 4). La ligne pointillée grise à 1700m3_.s-1 _{représente le seuil d’inondation.}

4.2.3 Impact de l’aire de drainage : contribution rive gauche

La contribution simulée de la rive gauche égale celle du bassin du Dargol, soit 6% (Figure 3.

9). Malgré des cas récents de rupture d’endoréisme (chapitre 1), augmentant la contribution de la rive

gauche, l’apport de cette zone pourrait être surestimé à cause d'un mauvais routage de TRIP sur cette zone très précise. La Figure 3. 10compare deux simulations réalisées avec et sans la rive gauche du bief. Les dynamiques sont similaires mais comme attendu la simulation avec la rive gauche produit des débits plus importants. Cependant à cause de la variation interannuelle de la répartition spatiale du cumul de pluie, la différence entre les deux simulations n’est pas stable d’une année à l’autre. Le manque de données terrain ne permet cependant pas de trancher quant au routage le plus réaliste (qui prend sûrement une partie de la rive gauche) ; le routage natif de TRIP est donc conservé.

98

Figure 3. 9 : Contributions moyennes des différents sous-bassins du bassin du bief Ansongo-Niamey à la crue Rouge de Niamey (de l'étiage au 10 octobre) calculées entre 2003 et 2012.

Figure 3. 10 : Débit du Niger à Niamey observé (courbe noire pointillée) et simulés avec SURFEX version 6 implémentée sur le bassin du bief Ansongo Niamey avec (courbe rouge) ou sans (courbe bleue) la rive gauche. La ligne pointillée grise à 1700m3_.s-1 _{représente le seuil d’inondation.}

99

Déjà implémenté sur le bassin du Niger, par Pedinotti (2013), le modèle ISBA-TRIP présente divers avantages pour ces travaux de thèse. Sa modélisation distribuée est bien adaptée pour étudier l’impact des précipitations sur l’hydrologie à partir de produits pluviométriques spatialisés. Sa modélisation à base physique ne nécessite pas de calibration-validation spécifique à chaque forçage pluviométrique et à la période étudiée. Enfin son formalisme représente les processus majeurs de l’hydrologie du Niger (plaine d’inondation, ruissellement Hortonien).

Mais ce chapitre met en évidence les limites de ce modèle global dans la représentation des processus locaux particuliers, tel que le Delta intérieur du Niger. Cette singularité rend difficile l’utilisation du modèle implémenté sur l’ensemble du bassin du Niger pour le suivi régional du Niger moyen, voir ponctuel à Niamey. En effet, l’hydrologie du Niger moyen, auquel appartient la ville de Niamey, est fortement influencée par le Delta intérieur. Même si à l’échelle du bassin du Niger, le bilan hydrique simulé par ISBA-TRIP est satisfaisant, la modélisation des crues à Niamey ne l’est pas.

L’utilisation d’un autre modèle est parfaitement envisageable, mais ici c’est l’implémentation du modèle à une partie ciblée du bassin du Niger qui est privilégiée. L’implémentation du modèle sur le bassin du bief Ansongo-Niamey associée à un ajustement spécifique de certains paramètres (discuté dans le chapitre suivant) permet d’adapter la modélisation pour obtenir des résultats satisfaisants.

Enfin les différentes données utilisées pour forcer ou évaluer les résultats sont résumées dans le Tableau 3. 5.

Tableau 3. 5 : Données nécessaires pour la modélisation avec le modèle ISBA-TRIP

Utilisation Type Résolution Sources

Entrée du modèle ISBA _{(autre que précipitation)} Forçage atmosphérique 0,5*0,5° – 3h Météo-France Forçage pluviométrique 0,5*0,5° – 3h _{cf Chapitre 2} Diverses,

Forçage de débit à

Ansongo Journalière ABN

101

Chapitre 4

Tests de sensibilité du modèle ISBA-TRIP et

configuration de référence

’utilisation d’un modèle, pour répondre à une problématique donnée, doit être précédée d’une analyse et d’une compréhension de cet outil. Dans ces travaux de thèse, le modèle ISBA-TRIP est utilisé pour modéliser le débit du Niger à Niamey. Les problématiques principales impliquent la capacité du modèle, associé à différents forçages pluviométriques, à reproduire la crue Rouge de Niamey. L’étude préalable des sensibilités, de l’ajustement et des limites du modèle est présentée dans ce chapitre. Les tests de sensibilité réalisés sont non-exhaustifs et leur choix a été dirigé par des objectifs précis : l’ajustement simple de paramètres pouvant améliorer la simulation du débit à Niamey (en particulier de la crue Rouge), l’analyse des sensibilités aux forçages autres que pluviométriques (atmosphériques et de débits), mais aussi la sensibilité de la simulation aux paramètres du modèle directement liés à la production de la crue Rouge. L’analyse des résultats de la modélisation et l’étude approfondie des processus représentés par le modèle ont permis de sélectionner les paramètres à tester pour répondre à ces questions. La sensibilité aux précipitations est abordée dans ce chapitre mais développée dans les chapitres 5 et 6, l’accent ici est mis sur la compréhension d’autres sensibilités qui affectent la simulation hydrologique.

102