Généralisation de l'approche d'ensemble à la prévision hydrologique dans les bassins versants non jaugés

La prevision des crues est un exercice hydrologique complexe : les incertitudes y sont nombreuses, aussi bien dans le processus de modelisation hydrologique, dans la determination de l'etat initial du bassin versant avant le lancement de la prevision, que dans l'evolution des conditions meteorologiques futures. Dans le cas des bassins versants non jauges, ou les observations de debits sont lacunaires voire absentes, ces incertitudes sont encore plus importantes, et le besoin de les reduire devient incontournable. Cette these s'interesse a des methodes simples et robustes qui peuvent apporter de l'information pertinente pour quantifier les incertitudes de prevision dans les bassins versants non jauges. Le but est d'etudier la meilleure strategie pour chercher l'information dans les bassins jauges "donneurs", et pour la transferer vers le site non jauge. Nous etudions les besoins pour mettre en place un modele de simulation pluie-debit et pour effectuer une mise a jour du modele de prevision en temps reel. Ces deux composantes de la prevision sont ainsi decouplees dans notre approche. Cette these s'appuie sur une large base de donnees constituee d'environ 1000 bassins versants francais, dont un jeu cle de 211 bassins versants qui permet la validation des approches developpees. Elle s'appuie egalement sur une archive d'environ 4,5 annees de previsions d'ensemble de pluies, utilisees en forcage a la modelisation hydrologique journaliere. La demarche adoptee consiste a integrer les scenarios de transfert de l'information regionale disponible et les scenarios de la prevision meteorologique d'ensemble dans un systeme de prevision oriente vers les bassins versants non jauges. L'approche de prevision d'ensemble est ainsi generalisee a ce cas particulier de la prevision hydrologique. A travers plusieurs scenarios de debits futurs, nous cherchons a quantifier les incertitudes de previsions dans les sites cibles non jauges. Pour evaluer les differents scenarios des previsions hydrologiques emis, un cadre de diagnostic d'evaluation des principales qualites d'un systeme de prevision d'ensemble, comprenant plusieurs criteres numeriques et graphiques, a ete mis en place. Dans cette these, une attention particuliere est pretee aux attributs "fiabilite" et "precision" des previsions. Nous proposons ainsi un nouveau critere graphique, nomme diagramme de precision d'ensemble. Ce critere permet notamment de mettre en valeur la qualite des previsions qui ne sont pas forcement fiables, mais qui sont precises. Les resultats obtenus ont mis en evidence que la fiabilite des previsions peut etre amelioree sur un bassin versant non jauge par l'utilisation de plusieurs jeux de parametres issus des bassins versants voisins. Si la variabilite apportee par le voisinage geographique influe sur la dispersion des membres, et augmente ainsi la fiabilite des previsions, la prise en compte des caracteristiques physiques, principalement de la surface des bassins versants, est apparue comme une alternative interessante, influencant positivement aussi l'attribut precision des previsions sur le site cible. De plus, il a ete montre que la precision des previsions d'ensemble sur le site non jauge est amelioree par l'intermediaire du transfert des bassins versants jauges vers le site cible des corrections faites lors de la mise a jour sur les bassins voisins (mise a jour caracterisee ici par l'assimilation de la derniere observation de debit dans le modele hydrologique, avant l'instant de prevision). Les differentes mesures de performance ont montre que la meilleure option pour ameliorer la precision des previsions serait de considerer les corrections effectuees sur le bassin le plus proche a chaque pas de temps de prevision. Le krigeage a egalement donne des resultats satisfaisants, marques en plus par l'influence positive sur l'attribut fiabilite des previsions.