Development of a data-driven distributed hydrological model for regional scale catchments prone to Mediterranean flash floods. Application to the Ardèche catchment, France

L'objectif scientifique de la these est de progresser dans la modelisation hydrologique spatiale regionale dans le contexte de crues eclairs qui representent l'une des catastrophes naturelles les plus destructrices dans la region Mediterraneenne. L'accent est mis sur les questions de mise a l'echelle des bassins versants et la derivation des equations et des modeles applicables aux bassins de milieu simplifiees de grande taille pour mieux decrire l'heterogeneite du paysage et de la complexite du processus. Telles sont les questions cles pour faciliter le modele mis en place dans le contexte de l'ensemble du bassin versant et d'essayer son application dans les bassins non jauges trop. Pour repondre a ces questions, une modelisation hydrologique spatiale simplifiee sur les sous-bassins versants est d'abord propose ou les parametres sont essentiellement tirees de l'information disponible (surtout cartographique). La methode de Kirchner (WRR, 2009) qui suppose que le debit a la sortie est la seule fonction de stockage du bassin versant, est specifiquement etudiee dans le cadre des bassins versants Mediterraneens. L'etape suivante consiste a creer un nouveau modele hydrologique SIMPLEFLOOD distribue sur la base de « top down » methodologie de Kirchner dans la plateforme de modelisation JAMS. Les parametres du modele simple sont estimes a des endroits calibres et une regionalisation se fait en fonction de la geologie. Le bassin versant est discretise en sous-bassins versants d'environ 10 km2. La derniere etape consiste a proceder a un couplage de donnees avec le modele hydraulique MAGE 1D developpe a IRSTEA HHLY tenir compte des effets de propagation de la riviere sur les hydrogrammes simules. Le couplage est externe, ce qui signifie que les sorties du modele hydrologique dans le systeme de modelisation de JAMS deviennent les entrees du modele MAGE hydraulique. Les sorties sont les debits qui sont transferes dans le modele de MAGE soit comme flux lateraux (provenant des terres adjacentes) et /ou entrees d'eau locales. L'application de la these est le bassin versant de l'Ardeche (2388 km ²), qui est l'un des sites pilotes francais pour le programme international HyMeX (cycle hydrologique dans l'experience de la Mediterranee, http://www.hymex.org/). La these proposee contribue egalement au projet FloodScale (multi-echelle d'observation hydrometeorologique et de modelisation pour la comprehension et simulation des crues eclairs (http://floodscale.irstea.fr/). L'application de la methodologie Kirchner (2009) montre que les resultats de simulation des debits sont bonnes pour les bassins de granit, trouves a etre caracterisee principalement par des processus exces de ruissellement et d'ecoulement sous la surface de saturation. L'hypothese simple de systeme dynamique fonctionne particulierement bien dans des conditions humides (pics et les recessions sont bien modelises). D'autre part, la performance du modele est moins bien representee a l'ete et les periodes de secheresse ou l'evapotranspiration est large et observations de bas-debits sont inexactes. Dans le bassin versant de l'Ardeche, les precipitations simulees correspondent bien a de stations de jaugeage observes et donnees de reanalyse SAFRAN pendant les periodes de non-vegetation. Le modele doit encore etre ameliore pour inclure une representation plus precise de l'evapotranspiration reelle, mais fournit un resume satisfaisant du fonctionnement du bassin versant pendant les periodes humides et d'hiver. Le couplage du modele hydrologique obtenue avec le modele hydraulique MAGE 1D fournit des resultats satisfaisants mais les resultats sont si reciproques comme dans le cas du modele hydrologique ou une equation d'onde cinematique simple pour le routage des flux existe. On peut dire que dans les situations ou debordement de la riviere est significative, le couplage serai crucial.