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Etude des
processus et comportements hydrologiques
L'étude des processus et comportements hydrologiques à
l'échelle locale et régionale passe par la mesure
et l'analyse de différentes variables hydro-pluviométriques
(précipitations, variables météorologiques,
débits, hauteurs de nappes, traceurs environnementaux). Cela
nécessite d'une part un équipement expérimental
important et d'autre part des outils adaptés pour l'analyse
des données. Les activités de l'HYDRAM relatives à
ce sujet sont :
Métrologie
Instrumentation de différents bassins versants emboîtés
expérimentaux sur la Haute Mentue et suivi des réseaux
de mesure correspondant ; acquisition de données hydro-météorologiques
permettant de compléter les données provenant des
services hydrologiques et météorologiques nationaux
et cantonaux ; traçage environnemental.
Analyse et gestion des données
Mise au point de logiciels spécifiques pour l'évaluation
de la qualité des données hydrométéorologiques,
ainsi que pour l'analyse de ces séries temporelles en vue
de leur utilisation pour des fins de modélisation (logiciel
Codeau: opérations sur les séries, transformation
hauteur-débits, séparations d'averses et d'hydrogrammes,
analyses Pluies-Crues).
Etude des processus
Recherche effectuée par le biais de la modélisation
hydrologique et pour l'amélioration des modélisations
existantes avec pour objectifs principaux :
- La détermination des caractéristiques importantes
des bassins versants conditionnant leur réponse hydrologique
lorsqu'ils sont sollicités par des pluies courantes et
extrêmes (projet VAMPHIRE);
- L'identification des modes de fonctionnement des différents
parties d'un bassin versant que ce soit à l'échelle
microscopique, à l'échelle de la parcelle, du versant
ou à l'échelle du bassin (Thèses N°1014,
1613,
2165,
3007).
- L'identification du cheminement de l'eau et des processus de
génération des crues par traçage environnemental
(isotopique et chimique) à l'échelle du bassin-versant
(projet VAMPHIRE, projet ESPACE).
- L’étude des processus liés à l’érosion
des berges d’un cours d’eau (projet SAFER).
Erosion et inondation
Modélisation hydrologique
La modélisation du comportement hydrologique des bassins
versants est incontournable dès lors que l'on s'intéresse
à des problématiques relatives à la gestion
des ressources en eau, à l'aménagement du territoire,
ou à l'une des différentes facettes du risque hydrologique.
Elle est sensée pouvoir décrire de manière aussi fidèle
que possible les différentes étapes de la transformation pluie
débit et en particulier les processus liés à
la formation des crues et à l'apparition des étiages.
Elle est sensée aussi fournir des informations exploitables
pour le dimensionnement d'ouvrages hydrauliques, de protection contre
les crues ou pour la gestion hydrologique du bassin versant étudié.
Les travaux de recherche réalisés dans ce cadre au
sein de l'HYDRAM concernent les aspects suivants :
Modélisation des précipitations
- Etude et modélisation de la production de précipitations
liquides ou solides en zone de montagne. Etude et modélisation
de l’influence des températures sur la répartition
pluie-neige (projet MINERVE, projet CONSECRU).
- Développement, mise en œuvre et comparaison de différents
modèles stochastiques mono-site, multisite et spatio-temporels
pour la génération des variables météorologiques
nécessaires à la modélisation hydrologique
(précipitations, températures, ETP). Modèles
basés sur des processus stochastiques ponctuels (NSRPM,
WGEN) et sur des méthodes de changement d’échelle
(GLMs, ANALOGUES) (projets SWURVE, CONSECRU, CLIMAT).
- Etude et modélisation de la structure temporelle des
pluies à pas de temps fin. Développement et comparaison
de différents modèles de désagrégation
temporelle (à des pas de temps de 10 à 5mn) des
précipitations horaires pour leur utilisation en milieu
urbain (projet URBAN.STORM).
Modélisation de la transformation pluie-débit
- Recherche de représentations mathématiques pertinentes
des différents processus hydrologiques:
- la production des écoulements (transformation pluie
brute / pluie nette ; pertes liées à l'évapotranspiration;
zones contributives, ...)
- la formation et la propagation des hydrogrammes de crues
(transfert des écoulements superficiels et
souterrains ; propagation en réseau)
- le comportement du manteau neigeux en zone de montagne et
sa contribution à la formation des crues (projets SWURVE,
MINERVE, CONSECRU)
- Mise au point, critique et/ou adaptation de modèles
conceptuels globaux ou agrégés (SOCONT, modèle
à réservoir du type GR3, TOPMODEL), ainsi que de
modèles à bases physiques spatialisés, tel
que le Système Hydrologique Européen, SHE, SHETRAN. (Thèses
N°2148,
3007)
Estimation des paramètres et de l'incertitude,
méthode de calibration
- Analyse d'incertitudes des modèles de mélange
géochimique par des méthodes Monte Carlo : logiciel
AIDH (Analyse d'Incertitude des Décompositions d'Hydrogrammes)(Thèse
2165).
- Application, critique et amélioration des méthodes
de calibration traditionnelles des paramètres utilisés
dans les modélisations hydrologiques basées sur
l'utilisation de surfaces de réponse (courbes isocritères),
recherche de fonctions d'erreur robustes.
- Recherche de formules de prédétermination de
paramètres, reliant paramètres des modèles
et caractéristiques physiques des bassins versants étudiés
(occupation des sols, topographie, densité et structure
du réseau de drainage, nature des sols et sous-sols,...)
; régionalisation pour des bassins de montagne et pour
des bassins du plateau suisse (projet FRHYMAP, projet REGEAU).
- Etude de la sensibilité des modèles à
l'incertitude sur la détermination des paramètres
et à l’incertitude sur la structure des modèles
(projets ESCAPE, SWURVE).
- Développement d'une méthodologie Bayesienne (de
type Monte Carlo Markov Chain): estimation des paramètres
des modèles hydrologiques ainsi que de leurs incertitudes;
multi-calibration de ces modèles (projet ESPACE, projet
SWURVE ; thèse 3007)
Mesures de débit et échantillonnage
Caractérisation,
prévision et gestion des risques hydrologiques
Si les travaux réalisés dans cette thématique
sont orientés vers des objectifs opérationnels liés
à la gestion, à l'équipement du territoire
et ses aménagements, et aux ressources en eaux, ils comportent
néanmoins aussi une forte composante recherche fondamentale.
Outils d'estimation des crues et d'analyse des
défaillances d'ouvrage
- Couplage entre modèles hydrologiques déterministes
de transformation pluies-débits et modèles de génération
stochastique des variables météorologiques (précipitations,
températures) (projets SWURVE, CONSECRU, CLIMAT).
- Recherche d'expressions analytiques permettant de déterminer
les caractéristiques statistiques des crues (moyenne, variance,
courbe des débits classés) en fonction de certaines
caractéristiques statistiques importantes des pluies (exprimées
sous la forme des paramètres du modèle de génération
stochastique de pluies) et des caractéristiques du bassin
versant (exprimées sous la forme des paramètres
du modèle hydrologique). (Thèse 2320).
- Couplage modélisation hydrologique et modèles
de comportement d'ouvrages (ouvrages de rétention de crue).
Mise en place d'outils statistiques permettant d'évaluer
la fréquence de disfonctionnement du système, les
durées moyennes et maximales des défaillances, les
fonctions de distribution des variables décrivant l'intensité
des défaillances et de ses impacts sur le milieu (projets
CONSECRU, SEYMAZ, SWURVE).
- Mise au point d'une méthodologie d'aide à l'évaluation
de débits de projet. Recherche des critères de performance
des méthodes possibles. Détermination des coefficients
de pondération à affecter aux différentes
méthodes pour une estimation globale du débit de
pointe souhaité et pour l'estimation de son intervalle
de confiance (projet REGEAU – Thèse 2895).
Cartographie des dangers et des risques hydrologiques
- Mise au point et comparaison de modèles d'inondations
à base physique et à base statistique permettant
la cartographie et la caractérisation des champs d'inondations
(projets FRHYMAP, FLAMOR, FLAMIS).
- Etude de l'impact des imprécisions altimétriques
sur la cartographie des inondations, évaluation d'un modèle
simple basé sur une schématisation statistique de
l'inondation (Thèse 2683).
- Cartographie du risque lié aux inondations. Mise au
point d'une méthodologie pour le croisement des cartes
de danger et des cartes de vulnérabilité du milieu
(projet CADANAV).
- Mise au point d'un modèle conceptuel d'érosion
des berges d'un cours d'eau permettant la simulation du comportement
géomorphologique de son lit (divagation progressive consécutive
aux crues courantes ou modification brutale du tracé du
lit consécutif à une crue exceptionnelle). Elaboration
des règles nécessaires à l'établissement
des cartes de danger relatives au risque érosion (projet
SAFER).
Influence du contexte climatique ou environnemental
sur le régime hydrologique des cours d'eau
- Mise au point d’une méthodologie probabiliste
pour la production de scénarios météorologiques
locaux (échelle du bassin versant) conformes aux projections
de changements climatiques régionales produites par les
modèles climatiques (GCMs et RCMs) (projets SWURVE, CLIMAT).
- Etude de l'impact d'éventuels changements climatiques
sur l'hydrologie des cours d'eau (influence sur débits
de pointe, débits d'étiage, courbes des débits
classés). Identification et élaboration de scénarios
de changements climatiques probables (projet WRINCLE, SWURVE,
CLIMAT).
- Etude de l'impact d'éventuelles modifications de l'occupation
du sol et/ou de l'aménagement des bassins versants sur
l'hydrologie et l'hydraulique des cours d'eau (projet VAMPHIRE,
SEYMAZ, CLIMAT).
- Recherche de méthodologies pour la quantification des
impacts socio-économiques de changements climatiques ou
environnementaux sur les aménagements, les activités
humaines et l'environnement (projet SWURVE).
Prévision en temps réel des crues
- Investigation et développement d’outils stochastiques
pour la prévision des crues en suisse occidentale (Thèse
2456)
- Développement d'un système de prévision
des crues en temps réel en zone de montagne (bassin versant
du Rhône à l'amont du Léman). Mise au point
et couplage d'un modèle conceptuel de transformation pluie-débit
permettant le suivi du stock neigeux (accumulation / fonte) et
d'un outil de mise à jour des variables d'état du
modèle permettant une meilleure fiabilité de la
prévision (projet MINERVE).
Station météorologique
Projets de recherche en hydrologie
et comportement des systèmes hydriques ->
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