MODELISATION HYDROLOGIQUE DANS UN CONTEXTE DE VARIABILITE HYDRO-CLIMATIQUE. Une approche comparative pour l'étude du cycle hydrologique à méso-échelle au Bénin.

The aim of this PhD is to model the hydrological behaviour of the Upper Ouémé catchment (14400 km$²$) in Benin. It is a part of the AMMA project (African Monsoon Multidiciplinary Analysis). We estimate the water balance and develop tools to predict climatic and anthropogenic impacts on water resources. First, the hydrological behaviour of the catchments and the main parts of the mesoscale water balance have been characterized. To represent the catchments under study, two parcimonious models have been applied: GR4J, an empirical generic structure, and TOPAMMA, a modified version of TOPMODEL developed during this work. To evaluate these models, a complete framework has been defined, to assess the two models in term of: (i) performance, (ii) uncertainties, (iii) realism. Although runoff simulations are similarly good, the two models show significantly different uncertainties and water balance estimations. The hydro-climatic variability experienced by the region over the last fifty years allows us to study the application of models in non stationary conditions. First, we focused our work on the use of models to detect changes in hydrological behaviour. Finally, the sensitivity of the hydrological response to changes in monsoon regime has been explored through various rainfall scenarios.Ce travail de thèse, qui s'inscrit dans le cadre du programme AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine), vise à modéliser le fonctionnement hydrologique de la Haute Vallée de l'Ouémé (14400 km$²$) au Bénin. Il a pour but de réaliser une première estimation des bilans hydrologiques et de contribuer au développement d'outils capables de simuler les impacts climatiques et anthropiques sur la ressource en eau. Dans un premier temps, nous avons cherché à caractériser le fonctionnement hydrologique de la région, et à quantifier les principaux termes du bilan hydrologique à méso-échelle. Pour conceptualiser ces bassins versants, une démarche comparative a été adoptée, et deux modélisations parcimonieuses ont été mises en oeuvre: GR4J, structure empirique et générique, et TOPAMMA, formalisme dérivé de TOPMODEL et développé au cours de ce travail. Un cadre d'évaluation complet a été défini, permettant de juger les modèles en terme: (i) de performances, (ii) d'incertitudes associées à leurs prédictions ; (iii) de réalisme. Ainsi, bien que leurs performances pour simuler la relation pluie-débit soient comparables, ces modèles se distinguent lorsque les incertitudes sur les simulations et les autres composantes du cycle hydrologique sont considérées. La variabilité hydro-climatique observée dans la région au cours de 50 dernières années a également permis d'évaluer le pouvoir d'extrapolation des modèles et leur application dans des conditions non stationnaires. Nous nous sommes en particulier intéressés aux aspects méthodologiques de la détection de changements de la relation pluie-débit à partir des modèles hydrologiques. Enfin, une première estimation de la sensibilité de la réponse hydrologique au régime de mousson a été réalisée, à travers différents scénarios de forçage pluviométrique

Modélisation hydrologique dans un contexte de variabilité hydro-climatique : une approche comparative pour l'étude du cycle hydrologique à méso-échelle au Bénin

Ce travail de thèse, qui s'inscrit dans le cadre du programme AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine), vise à modéliser le fonctionnement hydrologique de la Haute Vallée de l'Ouémé (14400 km$²$) au Bénin. Il a pour but de réaliser une première estimation des bilans hydrologiques et de contribuer au développement d'outils capables de simuler les impacts climatiques et anthropiques sur la ressource en eau. Dans un premier temps, nous avons cherché à caractériser le fonctionnement hydrologique de la région, et à quantifier les principaux termes du bilan hydrologique à méso-échelle. Pour conceptualiser ces bassins versants, une démarche comparative a été adoptée, et deux modélisations parcimonieuses ont été mises en oeuvre: GR4J, structure empirique et générique, et TOPAMMA, formalisme dérivé de TOPMODEL et développé au cours de ce travail. Un cadre d'évaluation complet a été défini, permettant de juger les modèles en terme: (i) de performances, (ii) d'incertitudes associées à leurs prédictions ; (iii) de réalisme. Ainsi, bien que leurs performances pour simuler la relation pluie-débit soient comparables, ces modèles se distinguent lorsque les incertitudes sur les simulations et les autres composantes du cycle hydrologique sont considérées. La variabilité hydro-climatique observée dans la région au cours de 50 dernières années a également permis d'évaluer le pouvoir d'extrapolation des modèles et leur application dans des conditions non stationnaires. Nous nous sommes en particulier intéressés aux aspects méthodologiques de la détection de changements de la relation pluie-débit à partir des modèles hydrologiques. Enfin, une première estimation de la sensibilité de la réponse hydrologique au régime de mousson a été réalisée, à travers différents scénarios de forçage pluviométrique. (Résumé d'auteur

Seasonal cycle and interannual variability of rainfall at hydrological scales. The West African monsoon in a Sudanese climate

West African rainfall is characterized by a strong variability, both at decadal and interannual scales. In order to quantify the hydrological impacts of such a variability, analysis of rainfall patterns at fine scales is highly essential. This diagnostic study aims to characterize the Sudanese rainfall regime at hydrological scales, using a raingauge data set collected on the upper Oueme River catchment (Benin) between 1950 and 2002. A long-term drought is observed during the 1970s and 1980s, as in the Sahel. However, the interannual variability remains significant in the Sudanese region. The study of the seasonal cycle, based on the distinction between the oceanic and continental monsoon regimes, shows that the majority of rainfall changes occur in the continental regime. On the one hand, the rainfall peak associated with this regime that has been observed for the last 50 years has occurred increasingly earlier in the season. On the other hand, the annual rainfall deficit is mainly linked to the decrease in the number of large events during the continental part of the season.En Afrique de l’Ouest, les précipitations sont caractérisées par une forte variabilité, à la fois interannuelle et décennale. La quantification des impacts hydrologiques de cette variabilité nécessite l’analyse de la pluviométrie à fine échelle. Cette étude diagnostique caractérise le régime pluviométrique soudanien aux échelles pertinentes pour l’hydrologie, grâce à l’analyse de données collectées sur le bassin de la Haute Vallée de l’Ouémé (Bénin) entre 1950 et 2002. Comme au Sahel, la sécheresse marquée des décennies 1970 et 1980 y est observable, mais la variabilité interannuelle demeure ici importante. L’étude de la dynamique saisonnière, basée sur la distinction entre les régimes de mousson océanique et continental, montre que l’essentiel des modifications pluviométriques observées est lié à la variabilité de la saison continentale. D’une part, la mise en place de ce régime, observée sur les cinquante dernières années, est de plus en plus précoce au cours de la saison. D’autre part, le caractère déficitaire d’une année est principalement corrélé à la diminution du nombre de gros systèmes convectifs au sein de cette saison

Sensitivity of flash flood simulations on the volume, the intensity and the localization of rainfall in the Cevennes-Vivarais region (France)

International audienceThis paper suggests a new method to investigate the signature of the spatial structure of the rainfall on flash-floods events. The rainfall structure is analyzed considering three of its characteristics: (i) the areal rainfall over the basins, (ii) the rainfall intensity statistical distribution and (iii) the convective cells geographical localizations within the catchments. The analysis is done by performing hydrological simulations forced by uniform rainfall pattern, fully spatially distributed rainfall patterns and by spatially breaked down rainfall patterns. Two contrasted severe flood events that occurred within the Cevennes-Vivarais region (France) are studied as applications using actual data. A distributed hydrological model-based approach was applied on 20 catchments ranging from 50 km2 to 2240 km2 . For one event, the method suggested that the accurate geographical storm cells localization is needed to obtain accurate discharges simulations. For both events, the method allowed to show that the accurate areal rainfall estimation for each intermediate catchment was not of larger importance than an accurate sampling of the rainfall intensities spectrum

Exploring the signature of climate and landscape spatial variabilities in flash flood events: Case of the 8–9 September 2002 Cévennes-Vivarais catastrophic event

International audienceThis paper investigates the signature of climate and landscape spatial variabilities on flash-floods events. Through the case of the catastrophic 8–9 September 2002 Cévennes-Vivarais event, the impact of the space-time structure of the rainfall on the distributed hydrological response is evaluated. Comparisons are made with other spatial variabilities that may also contribute to the flash-flood generation such as initial soil moisture condition, topography, landscape characteristics, hydraulic processes. A model-based approach is suggested and was applied on 19 catchments. It is shown that the spatial variability of rainfall and of the initial soil moisture conditions were both of first order in the flash-floods generation and that the spatial variability of landscape properties were of second order. This methodology will be applied on other extreme hydro-meteorological events surveyed by the OHM-CV (Cévennes-Vivarais Mediterranean Hydrometeorological Observatory), with the aim of providing clues on processes that should be particularly focused when measuring and simulating such intense mesoscale meteorological events

Modélisation hydrologique dans un contexte de variabilité hydro-climatique (une approche comparative pour l'étude du cycle hydrologique à méso-échelle au Bénin)

Ce travail de thèse, qui s'inscrit dans le cadre du programme AMMA (Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine), vise à modéliser le fonctionnement hydrologique de la Haute Vallée de l'Ouémé (14400 km ) au Bénin. Il a pour but de réaliser une première estimation des bilans hydrologiques et de contribuer au développement d'outils capables de simuler les impacts climatiques et anthropiques sur la ressource en eau. Dans un premier temps, nous avons cherché à caractériser le fonctionnement hydrologique de la région, et à quantifier les principaux termes du bilan hydrologique à méso-échelle. Pour conceptualiser ces bassins versants, une démarche comparative a été adoptée, et deux modélisations parcimonieuses ont été mises en oeuvre: GR4J, structure empirique et générique, et TOPAMMA, formalisme dérivé de TOPMODEL et développé au cours de ce travail. Un cadre d'évaluation complet a été défini, permettant de juger les modèles en terme: (i) de performances, (ii) d'incertitudes associées à leurs prédictions ; (iii) de réalisme. Ainsi, bien que leurs performances pour simuler la relation pluie-débit soient comparables, ces modèles se distinguent lorsque les incertitudes sur les simulations et les autres composantes du cycle hydrologique sont considérées. La variabilité hydro-climatique observée dans la région au cours de 50 dernières années a également permis d'évaluer le pouvoir d'extrapolation des modèles et leur application dans des conditions non stationnaires. Nous nous sommes en particulier intéressés aux aspects méthodologiques de la détection de changements de la relation pluie-débit à partir des modèles hydrologiques. Enfin, une première estimation de la sensibilité de la réponse hydrologique au régime de mousson a été réalisée, à travers différents scénarios de forçage pluviométrique.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

Covid-24 : scénarios pour des mondes agricoles et alimentaires immunisés ?

Qu’adviendrait-il demain si une nouvelle pandémie intervenait dans un contexte alimentaire mondial moins favorable que celui de 2020 ? Ce chapitre propose une analyse des systèmes agricoles et alimentaires bousculés par la pandémie en 2020 selon trois types de territoires – excédentaires, importateurs et déficitaires – à laquelle s'adosse un exercice de prospective. Ce dernier projette trois images du monde : un nouveau chemin multilatéral de survie et d’espérance ; des impasses géopolitiques et une « léopardisation » du monde, c’est-à-dire un boulevard de tensions, un monde du chacun pour soi et du chacun chez soi. Ces futurs agricoles et alimentaires sont présentés à partir d’un détonateur commun : une nouvelle crise sanitaire lors des Jeux olympiques de 2024.What will happen tomorrow if a new pandemic emerges in a less favourable global food context than 2020? This chapter provides an analysis of the agricultural and food systems disrupted by the pandemic in 2020 according to the situation in three types of territories (oversupply, imports and loss-making). This analysis is backed by a foresight exercise that proposes three world scenarios: a new multilateral path of survival and hope; geopolitical dead ends and a “leopardisation” of the world increased tensions in a world where everyone just fends for himself or where everyone stays in his own country. These agricultural and food futures are presented from the perspective of a common trigger: a new health crisis during the 2024 Olympic Games

Évolution récente et future de la ressource en eau dans les Alpes. Résultats d’une modélisation hydrologique spatialisée sur le bassin de l’Isère à Grenoble

Comment évoluent les ressources en eau dans les Alpes sous l’effet du changement climatique ? Diminution de l’enneigement, fonte des glaciers, étiages plus sévères : autant de questions aujourd’hui cruciales pour l’ensemble des usages de l’eau dans ces régions, parmi lesquels la production hydro-électrique. Y répondre suppose à la fois de savoir modéliser finement le fonctionnement de ces hydro-systèmes et de savoir quantifier l’évolution du climat à ces échelles. Une nouvelle version spatialement distribuée du modèle hydrologique MORDOR d’EDF [1] a été déployée sur l’ensemble du bassin versant de l’Isère à Grenoble, en valorisant l’ensemble des données hydro-nivologiques disponibles sur ce bassin (mesures de débit, d’enneigement, images satellites de surfaces enneigées, bilans glaciaires…). Elle a pour objectif de répondre aux nombreux enjeux que pose l’exploitation hydro-électrique de la vallée, en simulant la réponse hydrologique en tout point du bassin et dans différents contextes climatiques. Forcée par des scénarios climatiques préalablement dé-biaisés et régionalisés, elle permet de simuler l’évolution des débits en rivière, les changements de régimes saisonniers, ou encore l’évolution des contributions glaciaires. Autant de données d’entrée précieuses pour quantifier finement les changements déjà observés et adapter au mieux la gestion et l’exploitation des aménagements de la vallée