2.5 Synthèse du chapitre
La version actuelle du modèle de surface SECHIBA prend en compte les ux évaporatifs de surface aussi bien au niveau d'une mosaïque de 12 types de couverts (évaporation de l'eau interceptée, transpiration) qu'au niveau du sol nu (qu'il soit sous une végétation ou pas). Le module hydrologique de Choisnel permet de représenter simplement la variation de l'humidité du sol en fonction de la convergence/divergence d'humidité. Un sol sec, semblable à un mulch, peut se former au dessus d'un réservoir limitant ainsi l'extraction de l'eau du sol par les racines, décrite dans la section 4.2. Le modèle hydrologique simule un ruissellement de surface et un drainage profond quand la capacité au champ du sol est atteinte. Ces ux d'eau sont véhiculés via une cascade de réservoirs pour représenter l'écoulement des rivières vers l'océan ou les lacs. La quantité d'eau présente dans ces réservoirs peut varier en fonction des prélèvements d'eau pour irriguer la végétation. Tous ces processus calculés dans SECHIBA sont résumés et schématisés dans la gure 2.3.
Fig. 2.3 Schéma de sol-végétation, de routage de l'eau et d'irrigation dans le LSM SECHIBA.
Chapitre 3
Le bassin versant du Mississippi : un
modèle d'étude
3.1 Un bassin divisé en deux parties
Le bassin du Mississippi présente des précipitations très contrastées entre sa région Est humide (de l'ordre de 3, 0 mm.j−1en moyenne sur l'année) et sa région Ouest sèche (de l'ordre de 1, 5 mm.j−1 en moyenne sur l'année) comme l'indique la gure 3.1. L'apport dominant en précipitations provient de l'advection d'humidité du golfe du Mexique, au Sud-Est des U.S.A. quand on regarde la moyenne annuelle. On observe bien un gradient décroissant provenant du golfe où les précipitations sont de l'ordre de 4, 0 mm.j−1 et allant jusqu'à l'Ouest du bassin avec des pluies autour de 1, 0 mm.j−1. Cet eet est une combinaison de deux phénomènes intra-saisonniers : le ux provenant du golfe et l'eet de Foehn (voir encadré) provoqué par la présence des montagnes Rocheuses à l'Ouest du bassin ( gure 3.2). Lors de l'étude de l'irrigation sur la bassin du Mississippi, on parlera de la région Ouest du bassin du Mississippi entre les latitudes 115°W et 96°W et de sa région Est entre les latitudes 96°W et 75°W, de façon similaire au travail de Xuan-Tien (2005).
CHAPITRE 3. LE BASSIN VERSANT DU MISSISSIPPI : UN MODÈLE D'ÉTUDE
Fig. 3.1 Précipitations GPCP (Global Precipitation Climatology Project) sur le bassin du Mississippi (mm.j−1) sur une moyenne de 30 ans.
En haut à gauche : moyenne annuelle, en haut à droite : moyenne hivernale de Décembre à Février (DJF), en bas à gauche : moyenne estivale de Juin à Août (JJA)
3.1. UN BASSIN DIVISÉ EN DEUX PARTIES
Eet de Foehn
C'est un phénomène météorologique provoquant généralement un accroissement des quantités de pluies sur le versant au vent d'un relief et un assèchement du contenu en eau de l'air descendant sur le versant aval.
Les masses d'air emmenées par les vents géostrophiques subissent une ascendance à partir de la base du relief et se refroidissent par détente adiabatique selon le gradient adiabatique sec de -1°C/100m. La condensation est atteinte d'autant plus vite que la masse d'air est fortement chargée en humidité. Lors de cette condensation, il y a un changement de phase et la masse d'air, suivant le gradient de l'adiabatique humide (-0,5°C/100m en moyenne), se refroidit moins vite du fait de la chaleur dégagée lors de ce processus. Souvent, se créent de fortes pluies sur le côté amont du relief. En aval, la masse d'air plus froide et plus sèche que l'environnement redescend et se réchaue par compression adiabatique. Deux cas peuvent être distingués :
- s'il y a eu précipitations en amont du relief, la masse d'air ne contient plus d'eau liquide au sommet et redescend en aval selon le gradient adiabatique sec.
- s'il n'y a pas eu de précipitations en amont du relief, la masse d'air au sommet contient encore de l'eau liquide à évaporer et redescend le long du relief selon le gradient adiabatique humide. Quand l'eau liquide condensée disparaît, la compression adiabatique se poursuit selon le gradient adiabatique sec jusqu'au niveau du sol engendrant un réchauement de la masse d'air en aval plus important que le refroidissement en amont. Par conséquent, la température de l'air est plus importante côté aval qu'amont.
Pour résumer, le relief représente une barrière aux précipitations qui, par eet orogra-phique, sont abondantes du côté amont et faibles du côté aval. De plus, le dé cit hydrique de l'air est bien plus élevé du côté aval du relief étant donné les températures plus chaudes provoquées par l'eet de Foehn.
CHAPITRE 3. LE BASSIN VERSANT DU MISSISSIPPI : UN MODÈLE D'ÉTUDE En hiver, le ux de vapeur d'eau provenant du golfe pénètre peu sur le continent comme le montre les résultats des ré-analyses European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) Re-Analysis (ERA40), issus de Seneviratne et al. (2004) ( gure 3.3). De plus, les masses d'air chargées d'humidité, provenant de l'océan Paci que Nord et emportées par les vents d'Ouest, provoquent par eet orographique de fortes précipitations du côté Ouest des Rocheuses mais de faibles précipitations sur l'ensemble de la région Ouest du bassin du Mississippi ( gure 3.1). En revanche, l'apport conséquent en humidité pendant l'été par le golfe du Mexique remonte jusqu'au nord du bassin ( gure 3.3) et compense largement le dé cit en précipitations à l'Ouest du bassin ( gure 3.1).
Fig. 3.3 Flux de vapeur d'eau (kg.m−1.s−1) et divergence de flux (mm.j−1) sur l'Amérique du Nord dans ERA-40, en hiver (gauche) et été (droite), en moyenne sur la période 1987-1996 (Seneviratne et al., 2004). L'échelle des èches représentant les ux de vapeur d'eau est indiquée en bas à gauche des cartes. Le cadre noir représente la zone approximative du bassin du Mississippi, le contour orange indique la pénétration de vapeur d'eau par advection sur le continent depuis le golfe du Mexique. Le cercle vert montre la zone soumise à l'eet de Foehn. En n, le cadre gris indique l'eet du Low Level Jet pénétrant sur les Grandes Plaines en apportant de l'humidité sur le continent.
La gure 3.5 re ète bien le contraste en précipitations entre les deux sous-bassins du Mississippi : la moyenne sur le Missouri, bassin à l'Ouest ( gure 3.4), est faible sur l'année comparée à la moyenne sur le bassin du Mississippi mais on remarque l'augmentation des pluies en été par l'in uence du Low Level Jet (LLJ) ( gure 3.3). En hiver, les précipitations sont très faibles du fait de l'eet de Foehn et ne dépassent pas 1, 0 mm.j−1. Sur le bassin de l'Ohio, à l'Est du bassin du Mississippi ( gure 3.4), les pluies sont constamment fortes et supérieures à la moyenne des pluies sur l'ensemble du bassin du Mississippi, et sont de l'ordre de 3, 5 mm.j−1 tout le long de l'année. Ceci est du à la proximité du sous-bassin de l'Ohio avec le golfe du Mexique où l'advection de l'humidité se fait fortement surtout en été.
3.1. UN BASSIN DIVISÉ EN DEUX PARTIES
Fig. 3.4 Localisation des sous-bassins du bassin du Mississippi. L'Ohio et le Missouri sont respectivement en jaune et brun.
Fig. 3.5 Précipitations GPCP moyennes (mm.j−1) sur 30 ans sur le bassin du Mississippi, de l'Ohio et du Missouri.
Cette diérence de mécanismes qui gouvernent les pluies au sein du bassin versant est intéressante pour étudier les débits. On pourra tester la capacité du modèle SECHIBA à simuler les débits à régimes très diérents, du fait de la grande hétérogénéité des régimes de pluies sur le bassin.
CHAPITRE 3. LE BASSIN VERSANT DU MISSISSIPPI : UN MODÈLE D'ÉTUDE