Prise en compte des variabilités spatio-temporelles dans les modèles pluie-débit pour une meilleure prévision des crues

Pour répondre à cette problématique, nous nous sommes basés sur un échantillon de 307 bassins versants français répartis sur tout le territoire. Nous avons utilisé un logiciel d`analyse des modèles numériques de terrain (MNT), River Tools, pour trouver une vingtaine d`indices descriptifs des caractéristiques physiographiques de chaque bassin versant. La base de données Corine Land Cover (source IFEN) nous a par ailleurs permis de déterminer les superficies occupées par une vingtaine de classes d`occupation du sol, pour chaque bassin versant. Nous avons par ailleurs adopté une méthodologie originale nous permettant de combler le manque de données habituel et le manque d`hétérogénéités marquées sur les sous-bassins versants : elle consiste à créer des bassins versants virtuels, dits « chimères », en mettant en parallèle deux bassins versants réels de l`échantillon initial. Nous avons ainsi obtenu un échantillon de 3206 bassins chimères hétérogènes et diversifiés, présentant toutes les données nécessaires pour y appliquer une approche semi-distribuée. Afin de mettre en évidence l`intérêt éventuel d`une prise en compte des hétérogénéités physiques du bassin versant, nous avons appliqué au modèle pluie-débit GR4J, conceptuel et global, diverses approches possibles, certaines distribuant les paramètres du modèle, d`autres non. En comparant les résultats de ces approches et en rapprochant ces différences du degré d`hétérogénéité des bassins, nous avons mis en évidence des liens entre les hétérogénéités de certains indices physiques et l`intérêt d`utiliser une approche semi-distribuée

Détection des modifications du comportement d`un bassin versant : une approche qui s`appuie sur la modélisation. Application aux conditions non stationnaires d`Afrique de l`Ouest

West Africa has been subject to changing climatic and hydrologic conditions during the second half of the last century. The Upper Ouémé catchment (10.050 km2, Benin) case study is characteristic, since a large reduction in rainfall has been affecting the region since the seventies, and land-cover has been modified by the growth of anthropic pressure and agricultural surfaces. In these conditions, can we detect a modification of the hydrological behaviour of the catchment? This study proposes a model-based framework to detect hydrological changes, taking into account modelling uncertainties. Hence, use is made of a daily lumped hydrological model (GR4J, Perrin & al. 2003). First, the daily rainfall and discharge data-set collected on the Upper Ouémé since 1954 has been analysed. Statistical tests on the annual runoff rate point out the changes in the catchment behaviour around 1970. Secondly, the model was calibrated on different 17-years time periods, using a resampling technique. Because of the weakness of the parameter specification process, changes in hydrological behaviour can not be linked with changes in parameter values, since a large natural variability occurs. However, the relevance of the 1970 break point is shown from year to year calibration results. In order to take into account the parameters estimation uncertainty, an alternative approach, based on the GLUE methodology, has been developed. This approach is shown to give far more understandable results, and allows finding the signature of hydro-climatic variability, both in the model structure (parameter values) and the model outputs (simulated runoff).L`Afrique de l`Ouest est soumise, depuis la seconde moitié du 20ème siecle, à un changement des conditions climatiques et hydrologiques. Le haut-bassin de l`Ouémé (10050 km2, Bénin) en est un exemple caractéristique puisque, depuis les années 70, une forte diminution des précipitations y est observé, ainsi qu`une pression anthropique grandissante sur les surfaces agricoles. Dans de telles conditions, est-il possible de détecter une modification du comportement hydrologique du bassin versant ? Cette étude propose une méthode pour aborder cette question, fondée sur la modélisation et prenant en compte les incertitudes dans la modélisation. On utilise un modèle hydrologique global (GR4J, Perrin et al., 2003). Dans un premier temps, les données collectées sur le haut-bassin de l`Ouémé depuis 1954 ont été analysées. Des tests statistiques sur la série de débits met en évidence un changement du comportement du bassin au environs des années 1970. Dans un deuxième temps, le modèle a été calibre sur 17 années, à partir d`une technique de ré-échantillonnage. A cause de la non robustesse de la spécification des paramètres, les modifications du comportement hydrologique du bassin ne peuvent être reliées à un changement des valeurs de paramètres, puisque une grande variabilité naturelle est présente. Néanmoins, à partir d`une calibration année par année, on a pu montrer la pertinence de la date de changement en 1970. Afin de prendre en compte les incertitudes dans l`estimation des paramètres, une approche alternative, s`appuyant sur la méthode GLUE, a été développée. On montre que cette approche conduit à des résultats plus faciles à interpréter et permet une meilleure appréhension de la variabilité hydro-climatique, à la fois sur la structure du modèle (valeurs des paramètres) et sur ses simulations (débits simulés)

Prise en compte des variabilités spatio-temporelles dans les modèles pluie-débit pour une meilleure prévision des crues

Dans le contexte opérationnel de gestion des ressources et de prévision des crues, nous avons cherché à intégrer des données spatialisées les plus pertinentes à l'échelle du bassin en vue d'améliorer la performance des modèles pluie-débit. Cette recherche nous a permis de confirmer que la prise en compte des variabilités spatiales du bassin versant permet d'améliorer les simulations des débits à son exutoire. En effet, à condition de distribuer les pluies, l'approche semi-distribuée appliquée à 3 300 bassins chimères a montré une performance moyenne supérieure à l'approche globale. En moyennant les critères de performance pour des groupes de bassins d'hétérogénéités similaires, nous avons pu distinguer certaines tendances telles que celles concernant l'indice hypsométrique, l'indice de réponse du bassin ou certains indices de couvert végétal. Une comparaison a été effectuée entre le modèle GR4 global et TOPMODEL modèle semi-distribué afin d'analyser la dépendance existante entre la structure interne du modèle et ses performances en simulation des débits. Une autre comparaison entre le modèle global GR4J et le modèle distribué ModSpa, a permis d'étudier l'évolution des performances de l'approche spatialisée lorsqu'on augmente le nombre de sous-bassins. Par ailleurs, l'existence d'une corrélation directe entre les descripteurs de forme du réseau et les caractéristiques de l'hydrogramme unitaire géomorphologique ont permis d'identifier une fonction de transfert à partir de la topographie. Il serait par la suite intéressant d'approfondir l'intégration de la pluie par une prise en compte de la variabilité au pas de temps horaire ainsi que l'intégration d'une fonction de transfert géomorphologique dans le modèle global pour augmenter ses performances

Evaluating the feasibility of commercial arabinoxylan production in the context of a wheat biorefinery principally producing ethanol: Part 2. Process simulation and economic analysis

This study investigated the economic feasibility of co-producing an arabinoxylan (AX) product with ethanol from wheat, in order to establish whether, under plausible scenarios, it was realistic that a commercial source of wheat AX could be established. The possibility of recovering wheat bran via pearling was also investigated, both as an opportunity to have bran bypass the main ethanol production process and enter the distillers dried grain with solubles (DDGS) co-product in a dry state, or as a means of obtaining bran for AX extraction. Process flowsheets describing three scenarios were created using SuperPro Designer: conventional wheat-to-bioethanol production with DDGS as the principal co-product; bioethanol production with co-production of AX using conventional hammer milling and sieving to recover the bran for AX extraction; and the use of pearling technology to recover bran for AX extraction. Full economic analysis of each of the three scenarios, considering all capital and operating costs, was undertaken, basing comparisons on a constant return on investment in order to estimate the production costs of AX. Sending bran removed via pearling directly to DDGS was not economic; the reduced ethanol yield and increased electricity costs more than offset the savings in drying costs. Simulation of the integrated processes indicated that an AX product of 80% purity could be co-produced with ethanol at a cost of around 3.7–4.5£/kg. This is within the range of comparable viscosity-enhancing ingredients used in the food industry, but is towards the top end of the range. In order to establish a market, AX would therefore need to offer some additional functionality. AX production from bran obtained via pearling was more expensive that from bran obtained via hammer milling and sieving; however, whether the functionality of the AX differs needs to be established. The research indicates that creating a market for AX is feasible in terms of production costs if the AX is co-produced with ethanol. On this basis, further research is justified to investigate the functionality of AX from different sources, to optimise the AX extraction process and to establish the potential of AX as a food or pharmaceutical ingredient