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

Hydrological modelling in a context of hydro-climatic variability : a comparative approach to study the mesoscale water balance in Bénin

• Auteur / Autrice : Matthieu Le Lay
• Direction : Isabelle Braud, Sylvie Galle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Océan, atmosphère, hydrologie
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mésométéorologie

Hydrologie

Mots clés libres

Modélisation hydrologique

Gr4j

Amma

Afrique de l'Ouest

Résumé

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 km²) 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.

The aim of this PhD is to model the hydrological behaviour of the Upper Ouémé catchment (14400 km²) 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.