Réunion sur les travaux des WP3 (mesures expérimentales) et WP4 (intégration aux modèles hydrologiques).

10 octobre 2008, ENGREF, Paris

Participants

B. Augeard, M.-O. Bristeau (<14h), O. Cerdan, B. Cheviron, F. Darboux, C. Kao (> 12h), F. James, Y. Nedelec (<14h), B. Renaux (<14h), V. Souchère, G. Tallec

Compte-Rendu

Support introductif pour WP3 et WP4 (PDF - 1.3 Mo)

WP3 (mesures expérimentales).  9h45-12h00

Bilan des actions sur le terrain

• Acquis "historiques"
  • Données de V. Souchère : observations visuelles de la direction d'écoulement après des orages, sans végétation. Mesure de la pente générale, de la direction des sillons, de la directions du flux ruisselant. Problème dans la détermination de la direction des flux lorsque la topographie évolue.
  • A discuter avec les modélisateurs si elles peuvent être utiles
• Orgeval : travail fait sur une placette de 9 m² avec deux capteurs de débit en limites de côtés, piézométrie et pluviométrie associée, topo au théodolite (voir rapport de B. Augeard)

Bilan des actions au laboratoire

• Pluie sur gouttière à Orléans : 3 rugosités, mesure des flux transitoires à l'aval (2006 et 2007) (voir Données étape 0)
• Développement de nos capacités de mesures (voir rapports de S. Becque et de L. Grigis)
  • Hauteur d'eau ponctuelle au réglet (régime permanent)
  • Vitesse ponctuelle par traçage au sel (régime permanent)
  • Mesure des changements de hauteur en transitoire sur un profil de 50 cm de long par rugosimétre laser et possibilité de suivre l'avancée d'un front.
  • Mesure de la hauteur d'eau en régime permanent sur une surface par rugosimétre laser (plaque à 3 sillons en particulier)
  • Champs de vitesse et  trajectoires sur une surface par suivi vidéo de particules (plaque à 3 sillons en particulier)

Actions envisagées sur le terrain (Orgeval)

Problème du changement de la topographie, de l'état de surface et de l'infiltration au cours d'une même pluie. Faut-il négliger l'érosion responsable de l'évolution de la forme des sillons ou bien utiliser un modèle de couplage incluant transport et redéposition des sédiments ? Possibilité d'introduire dans le numérique une perturbation aléatoire de la forme des sillons pour prendre en compte leur irrégularité et l'érosion.

Problème d'échelle lors du passage de la placette à la parcelle. Besoin d'une calibration parfaite de l'infiltration in situ ? Possibilité de raisonner en infiltration effective (pluie-quantité d'eau collectée) et rugosité effective pour l'hydraulique. Ceci pose la question de la validité de l'utilisation de valeurs moyennes lors du changement d'échelle, lors de la validation en cascade gouttière (étape 1), maquette (étape 2), placette (étape 3) et bassin versant (étape 4). Ce problème de changement d'échelle est une question (très) ouverte en hydrologie.

Problème de l'assemblage des sous-échelles pour former un puzzle aux propriétés anisotropes. Etude de la transmission des propriétés d'une échelle à l'autre par analyse de sensibilité ?

• Equipement d'une placette de 9 m2 (comme l'an dernier)
  • A partir du mois de novembre.
  • Créer les sillons ou bien utiliser une placette avec les sillons naturels et une autre en grattant les sillons ?
  • Mesure de la forme de la rugosité au sein de la placette au rugosimètre laser
• Equipement d'une parcelle ? (plus difficile)
  • Collecte des flux sur 2 bords, comme pour placette 9 m2
  • Mesure de débit avec un mini Venturi
  • Gestion du ruissellement capté par isolation amont ?
  • Mesure de la topographie si possibilité de prêt d'un instrument par BRGM. La résolution ne permettra toutefois pas d'accéder à un coefficient de frottement en fonction de la hauteur des écoulements.
• Envisager un suivi de type suivi visuel "à la Souchère" ?
  • Observation du sens du travail, de la plus grande pente et classement de la rugosité en classes R1, R2, R3
  • Mesures après les orages, traces laissées sur les parcelles, changement de direction des flux
  • Visualisation du ruissellement par caméra ?

Actions envisagées au laboratoire

• Gouttière sous la pluie (Orléans)
  • 3 rugosités
  • Mesure du flux aval en transitoire
  • Nécessité de manip avec apport amont ?
  • A l'intérieur de la gouttière, 8 points avec mesure de vitesse (capteur "Araignée") et de profondeur (par "réglet") - en régime permanent.
• Plaque 3 sillons(Orléans)
  • Mesures en régime permanent pour différents débordements
  • Variation des apports d'eau (ponctuels)
  • Mesure du flux de sortie de chaque sillon et du flux aval (débordement du dernier sillon)
  • Mesure de la surface immergée, champ de vitesse et trajectoire par suivi de particules
• Canal (Antony)
  • Possibilité de validation des mesures par le capteur de vitesse "Araignée"
  • Travail sur les coefficients de rugosité

Comparaison des mesures de vitesse effectuées par sel, objets flottants, rapport débit/section, sachant que la précision absolue est difficile à obtenir alors qu'on peut estimer les précisions relatives. Mesure de la propagation du front via des mesures de la hauteur d'eau, qui peut servir à discriminer les termes de frottement: comparaison avec le numérique.

Test de termes de frottement dépendants de la hauteur d'eau (ou de la submergence relative, i.e. le taux d'inondation) en régime permanent. Ouverture vers le problème général des coefficients de frottement: faut-il repartir de Navier-Stokes ? Faut-il faire des manips qui ne rentrent pas directement dans METHODE mais apporteraient une validation, par exemple descendre à une modélisation au niveau de la goutte ? Ou tester l'ajout de turbulence liée à la pluie ?

Discussion générale

• Possibilité de prendre un stagiaire pour l'étude des frottements
• Le départ de B. Augeard est compensé par l'arrivée de G. Tallec
• Réfléchir à la valorisation des expériences: 1/ article technique sur la métrologie dans une approche déterministe (approximation cinématique ou onde diffusante, paramétrisation du frottement, mesure) 2/ article sur le coeff de frottement.

WP4 (intégration aux modèles hydrologiques). 14h00-15h30

Le travail de ce WP a à peine débuté car il est prévu qu'il s'alimente des résultats des autres WP.

Coordination

Deux membres du WP4 vont voir leur contribution diminuée : Cyril Kao (dont les fonctions ne lui laissent plus beaucoup de temps) et Bénédicte Augeard (quittant le Cemagref pour la Banque mondiale). De l'avis des participants, il n'y a toutefois pas d'urgence à désigner un nouveau coordinateur.

Adaptabilité des modèles

Afin de pouvoir évaluer l'adaptabilité des modèles hydrologiques aux lois proposées par le WP1, il faut faire un bilan bibliographique des modèles hydrologiques. Cela nous permettrait d'avoir une vision clarifiée des différentes approches ("Etat de l'art""), d'établir une typologie des modèles et d'expliciter la hiérarchisation que ces modèles font en fonction de leurs objectifs. Il faudrait en particulier décrire les hypothèses sous-jacentes derrière les découpages de l'espace utilisés par chaque modèle. Pour les petits bassins versants, Etienne Delvallée (BRGM) réalise partiellement un travail dans ce sens. Il faudra ensuite se focaliser sur l'adaptabilité des lois WP1 à des modèles spécifiques (à choisir, donc). Si STREAM (INRA Orléans) est un choix évident (et prévu dans le projet), ce modèle est un peu trop particulier pour donner une image générale. Il faudra donc choisir un ou deux autres modèles plus généraux et simulant les débits (WEPP, Mhydas...).

De la maille à l'infra-maille

Lorsque l'on définit la taille de la maille utilisée, on est contraint de formuler des lois pour traiter les processus à l'échelle infra-maille. On retombe sur la discussion de ce matin avec la parcelle contenant des placettes. Comment passer à des domaines plus petits alors que l'on ne sait pas ce qu'il s'y passe ?

Projet de stage

Par rapport aux stages proposées dans l'exposé, les discussions amènent à formuler un nouveau projet de stage M2  (en particulier sous l'impulsion de Cyril Kao). Ce stage se focalisera sur le passage maille - infra-maille et cherchera à établir le cahier des charges impliquées par le fonctionnement sous-maille sur le fonctionnement spatialisé. On pourra utiliser le code SV du Mapmo pour simuler une parcelle en représentant les sillons explicitement et en déduire une loi de comportement d'ensemble. Un 1er jet du sujet sera écrit par F. Darboux (qui le communiquera aux autres membres et en particulier à C. Kao). De part l'intérêt très général du sujet, il pourrait faire aussi l'objet d'une thèse. Du point de vue du projet Methode, ce projet valorise dans le WP4 des travaux du WP2.

Divers

Si la valorisation des travaux du WP1 a été largement discutée (d'ailleurs prévue dès le départ),i l faudra que les membres du WP4 examinent les moyens de valoriser en hydrologie les productions du WP3.