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International audience; Two different extreme streamflow estimation methods have been applied and compared over two catchments located on the Pacific coast of the British Columbia Canadian province: the classical deterministic approach Probable Maximum Precipitation (PMP) / Probable Maximum Flood (PMF) and the Simulation Climato-Hydrologique pour l’Appréciation des Débits EXtrêmes (SCHADEX) probabilistic approach, aiming at stochastically simulating millions of floods. Ratios between 10000-year return period daily precipitation values estimated by the SCHADEX method and PMP values are close to 1, while ratios between 10000-year return period daily streamflow values estimated by the SCHADEX method and PMF values are greater than 1.25. These ratio values are similar to the ones obtained within the comparison of PMF values and extreme streamflow estimation performed with the GRADEX method [Guillot and Duband 1967] for 43 different catchments, with ratios ranging between 1.08 and 3.52 [CFGB, 1994]. This paper illustrates the need of estimating extreme rainfall and streamflow by using the same hydroclimatologic inputs (in particular for the catchment rainfall series which should be estimated with the same catchment water balance hypothesis) in order to properly compare extreme rainfall and flood estimation methods. Such an approach allows to discuss the rainfall-runoff transformation differences obtained when different hydrological models are considered.; Deux méthodes d’estimation des débits extrêmes ont été appliquées sur deux bassins versants situés sur la côte Pacifique de la Colombie‑Britannique, province canadienne : la méthode déterministe classique Probable Maximum Precipitation (PMP) / Probable Maximum Flood (PMF) et la méthode probabiliste Simulation Climato‑Hydrologique pour l’Appréciation des Débits EXtrêmes (SCHADEX). Les ratios entre les valeurs de PMP et les pluies journalières de période de retour 10000 ans estimées par la méthode SCHADEX sont proches de 1, alors que les ratios entre les valeurs de PMF et les débits journaliers de période de retour 10000 ans estimés par la méthode SCHADEX sont supérieurs à 1.25. Ces valeurs de ratios d’estimation de débits extrêmes sont du même ordre de grandeur que celles obtenues lors de la comparaison de valeurs de PMF et d’estimations de débits extrêmes réalisées avec la méthode du GRADEX [Guillot et Duband 1967] pour 43 bassins versants, pour lesquels les valeurs de ratios étaient comprises entre 1.08 et 3.52 [CFGB, 1994]. Cette communication illustre la nécessité de réaliser des estimations de pluies et crues extrêmes avec les mêmes entrées hydroclimatiques (et notamment des séries de pluies de bassin construites avec les mêmes hypothèses) pour réaliser une comparaison rigoureuse de méthodes de prédétermination. Une telle approche permettrait notamment de discuter des différences de transformation pluie‑débit réalisées par les différents modèles hydrologiques considérés.

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAU; National audience; L'objectif de ce travail a été d'évaluer les potentialités de la chaîne Safran-Isba-Modcou forcée par des prévisions saisonnières atmosphériques pour la prévision des humidités du sol et des débits à l'échelle saisonnière pour les périodes du printemps et de l'été. Dans un premier temps, des expériences académiques de prévisibilité ont été menées, permettant d'identifier les sources de prévisibilité liées à la surface et aux nappes. La valeur ajoutée d'une prévision saisonnière météorologique a également été quantifiée pour la saison du printemps. Enfin, une étude détaillée concernant la saison estivale a été menée. En particulier, l'impact du délai d'anticipation sur la qualité des résultats a été étudiée.

Currently, the Loire river, sees its geodynamic increasingly deteriorated. The deficit of sediment transport causes erosion of the bed on several areas of the basin. This results in a gradual destabilization of structures (dams, bridges), erosion or clogging of banks or a decline in piezometric level alluvial.Treating these problems requires a better understanding of the processes of erosion and river incision, the second succeeding the first, once the alluvial material of the bottom was completely removed, revealing a bed outcrop.This complex phenomenon is currently found in various parts of the Loire river, in the plain of Forez.We propose three approaches for this analysis.The first approach is based on numerical modeling using the equations of Barre-de-Saint-Venant, for flow, coupled with the equations of Exner and Meyer-Peter Müller for sediment transport. This monodimensional model allows the simulation of riverbed changement and sediment discharge, right each calculation point of grid mesh.The second approach is mechanistic and consists of determining the rate of marly bedrock incision by a semi-empirical method by the use of two major variables: the total hydraulic power and an abrasion coefficient. The hydraulic power is calculated using a hydraulic model, while the abrasion coefficient is a mechanical property of the marl which is determined from laboratory tests.The third approach is the geochemistry. It consists in determining the provenance of the materials from tributaries and in the main chanel by analyzing their geochemical signatures. This has been the subject of laboratory tests on samples taken across the linear from Grangent to Balbigny.The results obtained show that these independent approaches are complementary and provide both a qualitative and quantitative description of the incision of the Loire river in the study area.; Actuellement, la Loire, voit sa géodynamique de plus en plus détériorée. Le déficit du transport solide provoque un enfoncement du lit mineur sur plusieurs secteurs du bassin Amont. Ceci a pour conséquence une déstabilisation progressive des ouvrages (digues, ponts) et l'érosion ou le colmatage des berges ainsi qu'une baisse du niveau piézométrique des nappes alluviales. Le traitement de ces problèmes passe par une meilleure connaissance des processus d'érosion et d'incision fluviale, le premier laissant place au second une fois que la couche « alluviale » a été totalement emportée, laissant apparaître un affleurement rocheux dans le lit du cours d'eau. Ce phénomène complexe est actuellement constaté en divers endroits de la Loire, dans la plaine du Forez. Nous proposons trois approches pour l'analyser.La première approche est fondée sur la modélisation numérique utilisant les équations de Barré-Saint-Venant, pour l'écoulement, couplées aux équations d'Exner et de Meyer-Peter Müller pour le transport solide. Ce modèle monodimensionnel permet d'obtenir la côte du fond du lit de la rivière et le flux solide au droit de chaque point de calcul.La seconde approche, mécaniste, consiste à déterminer de façon semi-empirique le taux d'incision du substratum marneux à partir de deux variables majeures: la puissance hydraulique totale et le coefficient d'abrasion en un point donné. La puissance hydraulique est calculée à l'aide d'un modèle hydraulique tandis que le nombre d'abrasion est une propriété mécanique de la marne qui est déterminée à partir d'essais en laboratoire. La troisième approche relève de la géochimie. Elle consiste à déterminer les provenances des matériaux contribuant à la recharge latérale des sédiments, à partir de leurs signatures géochimiques. Ceci a fait l'objet d'analyses en laboratoire sur des échantillons prélevés sur l'ensemble du linéaire entre Grangent et Balbigny. Les résultats obtenus montrent que ces approches indépendantes sont complémentaires et permettent une description à la fois qualitative et quantitative de l'enfoncement du lit de la Loire dans le secteur d'étude.

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAU; International audience; Cet article présente une étude de l'impact du changement climatique sur les événements de sécheresse sur le territoire français, en considérant l'ensemble des composantes du cycle hydrologique et les incertitudes liées aux projections climatiques pour le XXIe siècle. / This article presents a study of the impact of climate change on drought events in France, by integrating all components of the hydrological cycle and by taking account of uncertainties in 21st century climate.

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAU; National audience; Nous avons régionalisé 12 scénarios de changement climatique d'origine anthropique dans le bassin de la Seine, pour servir en entrée de 5 modèles hydrologiques différents. Les scénarios hydrologiques résultants s'accordent tous sur un assèchement prononcé des bassins étudiés d'ici à la fin du 21ème siècle, avec une baisse des nappes et des débits en moyenne annuelle. A l'échelle saisonnière, la baisse des débits se répercute davantage sur les basses eaux que sur les hautes eaux, dont la baisse est moins robuste. La réponse des valeurs extrêmes est plus contrastée, et les crues extrêmes, identifiées par les quantiles décennaux QJXA10, ne changeraient pas significativement au cours du 21ème siècle. Nos résultats suggèrent aussi que la crue centennale, extrapolée selon la méthode du gradex, resterait du même ordre de grandeur qu'actuellement.

Rainfall-Runoff modelling belongs to the major tools for flood forecasting, as it allows to reach longer lead times than by many other methods. The hydrological community has developed numerous data assimilation techniques in order to improve on the forecast quality. In this study, we compared many methods which aim at updating a Rainfall-Runoff model at an hourly time step with lead times from one hour to a few days. All the tested techniques assimilate the streamflow measured at the catchment outlet. They update the model's states, parameters or outputs. Some are deterministic while others are probabilistic. This study highlighted the interaction between the structure of the hydrological model and the updates, both characterized by different dynamics. Hence considering the model as a whole seems more effective than considering it as the juxtaposition of a hydrological model followed by an updating procedure.We therefore advocate taking into account the updating techniques to be applied to the model when identifying its structure and calibrating it. The model which provides the best forecasts combines a hydrological structure and two updating methods. The flowchart is almost identical to the one optimized for the daily time step. The first update modifies one key model state, while the second one is an articifial neural network which predicts the remaining model error. This combination has been tested over a large data set of French watersheds. Its predictive performances are robust and compare favourably with those of other flood forecasting models., La modélisation hydrologique Pluie - Débit compte parmi les outils incontournables pour prévoir les crues, car elle permet d'atteindre des horizons plus lointains que de nombreuses autres méthodes. Pour tenter d'améliorer la qualité des prévisions, les hydrologues ont proposé de nombreuses approches d'assimilation de données. Cette thèse s'intéresse à un modèle Pluie - Débit fonctionnant au pas de temps horaire. Elle propose une comparaison de nombreuses méthodes de mise-à-jour de ce modèle par l'assimilation de la donnée de débit observé à l'exutoire du bassin versant, dans le but de fournir des prévisions de crue à des horizons allant de quelques heures à quelques jours. Les mises-à-jour étudiées portent sur les paramètres du modèle, ses états et ses sorties. Certaines sont déterministes, d'autres probabilistes. Ce travail a permis de mettre en avant l'interaction qui existe entre la structure du modèle hydrologique et les mises-à-jour. Ces deux éléments se caractérisent par des dynamiques temporelles différentes. Nos résultats plaident pour que le modèle soit considéré comme un tout et non comme la juxtaposition d'un modèle hydrologique et d'une procédure de mise-à-jour. Il nous paraît préférable d'optimiser la structure et de caler le modèle en tenant compte des mises-à-jour qui seront appliquées. Le modèle donnant les meilleures prévisions associe une structure hydrologique très proche de celle obtenue au pas de temps journalier et deux mises-à-jour du modèle, l'une modifiant un état crucial du modèle, l'autre corrigeant ses sorties par un réseau de neurones artificiels. Cette combinaison a été évaluée à l'aide d'une sélection de critères de performance adaptés à l'objectif du modèle, sur un vaste ensemble de bassins versants français. Ses performances sont robustes et se comparent favorablement à d'autres modèles de prévision.

En liaison avec les évènements de sècheresse en Métropole, les applications hydrométéorologiques ont bénéficié ces dernières années des actions de recherche sur la modélisation des bilans hydriques et notamment le développement de la chaîne Safran-Isba-Modcou (SIM) à Météo-France en lien avec ses partenaires hydrologiques. La chaîne SIM est maintenant largement utilisée pour le suivi opérationnel de la ressource en eau en France. Elle a fait l'objet également d'une réanalyse à haute résolution spatiale sur la période août 1958 juillet 2008 et a permis l'élaboration de différents indicateurs de sècheresses pour la caractérisation des événements passés de déficit hydrique sur la France dans les différentes composantes du cycle de l'eau. Ces indicateurs développés dans le cadre du projet ClimSec ont vocation à une large utilisation pour les applications opérationnelles. En matière de prévision numérique du temps, des approches spécifiques, basées sur la modélisation des téléconnexions planétaires océan-atmosphère, sont en cours de développement pour apporter des informations utiles au suivi de la ressource en eau aux différentes échéances étendues (semaine, mois, saison). Des espoirs importants se portent actuellement sur la prévision saisonnière hydrologique à travers les travaux de couplage de la chaîne SIM avec le système de prévision saisonnière Arpège Climat de Météo-France. L'ensemble de ces applications fait l'objet d'expérimentations régulières avec les services hydrologiques de l'État pour faciliter leur prise en compte progressive dans les instances de suivi des sècheresses. / Hydrometeorological applications have recently benefited in France from research on water balance modelling, including the development of the Safran-Isba-Modcou suite (SIM) at Météo-France with hydrological partners. The SIM suite is now widely used for operational monitoring of water resources in France. A high spatial resolution reanalysis over the period August 1958July 2008 has allowed the development of various drought indicators characterizing past events of water deficit in France within the different components of the water cycle. These indicators developed within the ClimSec project are intended to be used for operational applications. In terms of numerical weather prediction, specific approaches based on the understanding of global ocean-atmosphere teleconnections are being developed in order to provide useful information for water resource monitoring at different time ranges (week, month, season). High expectations currently focus on the seasonal hydrologic forecast through the work of coupling the SIM suite with the forecasting seasonal system Arpege Climat of Météo-France. All these applications are being tested with national hydrological services to facilitate their gradual use as decision support for drought committees.

The French coupled hydrometeorological model SIM (SAFRAN : interpolates atmospheric forcing over a 8 km regular grid; ISBA : surface scheme; MODCOU : distributed hydrological model) is first applied over the Seine basin. It is evaluated over a 10-year period, with a particular attention on the underground and the streamflows. The long duration floods of the Seine at Paris are also examined.A real-time ensemble streamflow prediction system over France, based on SIM, is then described. The ISBA and MODCOU models are forced by meteorological ensemble forecasts from ECMWF, downscaled to a 8 km resolution. A statistical study of the abilities of the system, especially for low flows and floods, is produced using nearly one year of forecasts. An analysis of ensemble forecasts for recent large flood events over France is also presented.; Ce travail de thèse s'appuie sur l'utilisation du modèle couplé hydro-météorologique SAFRAN-ISBA-MODCOU.D'abord, la modélisation couplée du bassin de la Seine est mise en place, en utilisant une représentation détaillée des aquifères du bassin. La capacité de SIM à simuler les différentes composantes des bilans d'eau et d'énergie, le comportement du souterrain, et donc les débits, est présentée. En particulier, SIM est évalué pour la simulation des crues lentes de la Seine à Paris.Ensuite, une chaîne temps réel de prévision d'ensemble des débits sur la France, basée sur SIM, est construite, où ISBA et MODCOU sont forcés par les prévisions d'ensemble météorologiques du CEPMMT désagrégées. Une analyse statistique de la qualité des prévisions d'ensemble de précipitations désagrégées et des prévisions d'ensemble de débit est effectuée sur près d'un an de prévision. Enfin, une étude des prévisions d'ensemble de plusieurs cas de grandes crues du passé récent est présentée.

The French coupled hydrometeorological model SIM (SAFRAN : interpolates atmospheric forcing over a 8 km regular grid; ISBA : surface scheme; MODCOU : distributed hydrological model) is first applied over the Seine basin. It is evaluated over a 10-year period, with a particular attention on the underground and the streamflows. The long duration floods of the Seine at Paris are also examined.A real-time ensemble streamflow prediction system over France, based on SIM, is then described. The ISBA and MODCOU models are forced by meteorological ensemble forecasts from ECMWF, downscaled to a 8 km resolution. A statistical study of the abilities of the system, especially for low flows and floods, is produced using nearly one year of forecasts. An analysis of ensemble forecasts for recent large flood events over France is also presented.; Ce travail de thèse s'appuie sur l'utilisation du modèle couplé hydro-météorologique SAFRAN-ISBA-MODCOU.D'abord, la modélisation couplée du bassin de la Seine est mise en place, en utilisant une représentation détaillée des aquifères du bassin. La capacité de SIM à simuler les différentes composantes des bilans d'eau et d'énergie, le comportement du souterrain, et donc les débits, est présentée. En particulier, SIM est évalué pour la simulation des crues lentes de la Seine à Paris.Ensuite, une chaîne temps réel de prévision d'ensemble des débits sur la France, basée sur SIM, est construite, où ISBA et MODCOU sont forcés par les prévisions d'ensemble météorologiques du CEPMMT désagrégées. Une analyse statistique de la qualité des prévisions d'ensemble de précipitations désagrégées et des prévisions d'ensemble de débit est effectuée sur près d'un an de prévision. Enfin, une étude des prévisions d'ensemble de plusieurs cas de grandes crues du passé récent est présentée.

International audience; The study examined and evaluated 38 structures of lumped rainfall-runoff models on 429 catchments located in France, the United-States, Australia, the Ivory Coast and Brazil. All structures were evaluated at a daily time-step in the same testing framework and fed with the same amount of data. Their parameters were calibrated using a local optimisation search procedure that proved able to locate satisfactory sets of optimum parameters. Model performances in terms of quality of observed streamflow simulation were assessed with several quantitative criteria, including new formulations. Tests results indicate that a low number of free parameters (3 to 5) is sufficient to achieve a satisfactory modelling of the catchment hydrological behaviour, the increasing number of degrees of freedom in the model structure limiting model robustness. Furthermore model structure plays a key role in the quality of simulations. Some mathematical tools used in different structures appear complementary and their association in a single model may improve streamflow simulations. The structure of the simple GR3J model was thus modified into a more satisfactory four-parameter structure, with improved low flow simulations. Such a model can be used to solve many issues of water resources management and engineering.

L'hydraulicité du Nil, comme celle des autres cours d'eau traversant la zone soudano- sahélienne, a été considérablement affectée dans les années 1972, 1973, 1983 et 1984. La sécheresse hydrologique a entraîné un abaissement significatif de l'écoulement du Nil, un enfoncement des nappes fluviatiles, un assèchement anormal du sol et une dégradation de l'environnement fluvial (érosion et sapement des berges, dépérissement des forêts fluviales, diminution de la pêche fluviale) dans la vallée du fleuve., Omar-Haroun Suliman. Impact de la sécheresse récente de la zone sahélo-soudanienne sur l'écoulement du Nil / The impact of the recent drought in the Sudanese-Sahelian region on the flow of the Nile. In: Revue de géographie de Lyon, vol. 70, n°3-4, 1995. Sahel, la grande secheresse. pp. 205-213.