Utilisation du modèle CVN et de ses dérivés

Plusieurs travaux sur les petits et moyens bassins se sont appuyés sur le modèle CVN (Manus et al., 2009) et des dérivés construits dans le cadre de la thèse d’Olivier Vannier (2013) :

 Le développement d’une version CVN-l, intégrant explicitement les transferts latéraux entre unités de modélisation (Vannier, 2013).

 L’utilisation du modèle CVN-p (voir description plus détaillée en section 7.3) sur les bassins de tailles moyennes instrumentés durant le projet : Claduègne, Avène et Gardons de St-Jean (stage M. Bouyer, 2014)

Développement et test du modèle CVN-l

Dans le travail de thèse d’Olivier Vannier (2013), des essais ont été réalisés pour intégrer des transferts latéraux dans le modèle CVN continu développé pour l’échelle régionale (cf section 7.3). Plusieurs modules disponibles dans la plateforme de modélisation LIQUID et présentés dans Jankowfsky et al. (2014) ont été utilisés pour simuler les transferts latéraux de sub-surface (équation de Darcy) et de surface (formule de Manning). La nouvelle structure du modèle, dénommé CVN-l, est présentée Figure 5-11. Mentionnons une limite de l’approche utilisée pour la simulation des flux latéraux : le modèle ne permet en effet pas de simuler des nappes perchées (saturation en milieu de profil) et les flux latéraux ne peuvent se déclencher que s’il existe une zone saturée en bas de profil, ce qui oblige à considérer une condition de flux nul en bas de colonne, alors que d’autres simulations avaient montré qu’une condition de flux gravitaire était parfois plus cohérente avec les observations.

Figure 5-11 : Structure du modèle CVN-l, intégrant les écoulements latéraux de surface et sub-surface (cercles rouges). Les flèches simples indiquent un forçage et les flèches doubles un couplage dans les deux sens (tiré de Vannier 2013).

Ce modèle a été testé sur le sous-bassin du Cartaou (0.6 km2), l’un des sous-bassin de Valescure. Pour des questions de simplicité, un maillage carré selon la maille du MNT de 25 m a été utilisé. Seul l’épisode des 21-23 Octobre 2008 a été simulé. En partant d’une profondeur de sol uniforme de 80 cm. Les résultats ne sont pas très satisfaisants comme le montre la Figure 5-12 (haut). Différents tests de sensibilité ont été menés (humidité initiale, valeur de la conductivité latérale, profondeur des sols) montrant un impact significatif sur la réponse simulée. La simulation avec une distribution aléatoire des profondeurs de sol (Figure

5-12, bas) montre que cette configuration permet de mieux simuler le premier pic et limiter un peu les débits de récession. Une comparaison avec les observations du réseau limnimétrique de Maréchal (2011) a aussi été menée, montrant que le modèle CVN-l simulait une extension de zones saturées largement plus grande que celle qui a été observée, avec ou sans profondeur de sol variable (Vannier, 2013). Ces premiers résultats, bien que prometteurs, ont montré qu’une évolution du mode de calcul des flux latéraux était certainement nécessaire pour appliquer ce type de modèle en région cévenole, notamment en présence d’horizons altérés importants. Certains résultats, notamment sur la profondeur de sol variable, sont cohérents avec ceux obtenus avec la modélisation M7 présentée en section 5.4.5 et fondée sur les observations de terrain.

Figure 5-12 : Simulation de l’épisode des 21-23/10/2008 à l’aide du modèle CVN-l pour une épaisseur de sol constante égale à 80cm (haut) et une épaisseur tirée d’une loi aléatoire de moyenne 80cm et d’écart-type 40cm (bas) (tiré de Vannier, 2013)

Application de CVN-p sur les bassins de taille moyenne et analyse de sensibilité (Bouyer, 2014)

FloodScale : Rapport scientifique final Version : 3 Date :31/05/2016

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des colonnes de sol est transmis au brin de rivière le plus proche (débit de base). Bouyer (2014) a évalué la sensibilité de la réponse du modèle à la spécification du maillage (utilisation de différentes résolutions de MNT), à différentes manières de spatialiser les propriétés hydrodynamiques du sol (sol verticalement homogène sans ajout d’une couche de roches altérées), la végétation, à la rugosité dans le réseau hydrographique, aux conditions initiales. Les résultats ont montré une sensibilité du modèle au maillage (pics de crue plus élevés si le maillage est plus fin), à la spécification de la conductivité à saturation et de la profondeur du sol, au coefficient cultural lié à la végétation qui induit un impact sur l’humidité initiale (modulation de l’évapotranspiration), au coefficient de rugosité.

Le modèle a ensuite été mis en place sur les trois bassins de taille moyenne instrumentés durant le projet : la Claduègne ; l’Avène et le Gardon de St-Jean avec des géologies et occupations du sol variées. Le maillage en hydro-paysages est fondé sur un découpage en sous-bassins et la pédologie, avec affectation de l’occupation du sol dominante à chaque hydro-paysage (comme Vannier, 2013). Le modèle a été utilisé en continu avec les données de pluie de l’année 2012 avec un forçage par les données SAFRAN (Vidal et al., 2010) à 8x8 km2, sauf lors d’épisodes pour lesquels des réanalyses radar à 1x1 km2 étaient disponibles. Malheureusement, il y a eu peu d’épisodes intenses en 2012 sur notre zone d’étude donc les simulations n’ont pas permis de tester le modèle dans des conditions les plus extrêmes. Plusieurs configurations du modèle ont été évaluées, notamment selon la condition à la limite inférieure : flux nul ou gravitaire, flux gravitaire avec ou sans couche de roches altérées. Les différentes configurations conduisent généralement à une surestimation des débits simulés. Les résultats confirment néanmoins ceux de Vannier (2013) avec une meilleure concordance entre observation et simulation avec la prise en compte de la couche altérée. Les résultats sont aussi sensibles au forçage pluviométrique avec une surestimation des débits plus importante avec les réanalyses radar. Un dernier test sur le bassin de la Claduègne a comparé les résultats en utilisant les données in situ mesurées durant le projet (voir section 5.2.5) pour l’horizon superficiel. Bien que toujours non satisfaisantes, les simulations de débits sont plus proches des observations lorsque les données in situ sont utilisées.

Il serait utile de reprendre cette étude avec les données des autres années, plus riches en épisodes intenses.