Porteur du projet : Olivier Delestre

Partenaires du projet : Laboratoire J. A. Dieudonné et Laboratoire d'Hydraulique Saint-Venant (LHSV)

La problématique du projet est la représentation des transferts hydro-sédimentaires d'un bassin versant agricole instrumenté (le Louroux, situé en Loire moyenne) à l'aide du code de calcul développé par EDF R&D : TELEMAC SISYPHE. Il existe essentiellement trois façons de modéliser d'hydrologie d'un bassin versant : les modèles empiriques, les modèles conceptuels et les modèles à base physique. Les modèles empiriques sont construits à l'aide de relations mathématiques souvent statistiques entre les entrées et les sorties observées/mesurées sur le bassin versant étudié. Ce type de modèle ne décrit pas les processus impliqués dans la relation pluie-débit. Concernant les modèles conceptuels, l'objectif est de représenter les principaux processus de la transformation de la pluie en débit sans utiliser les lois de la physique. Ces modèles mettent souvent en œuvre une représentation de type « réservoirs ». Ces deux types de modèles ne permettent cependant pas une modélisation des flux en eau dans le bassin versant étudié, contrairement aux modèles à base physique et ne sont plus valables lors de modifications au sein du bassin versant considéré. Les modèles à base physique représentent les processus de la relation pluie-débit en utilisant les lois physiques qui régissent ces processus. On obtient ainsi des modèles de surface qui permettent de calculer les différents termes du bilan en eau du bassin versant étudié : vitesse d'écoulement, hauteur d'eau, débit. Ces grandeurs sont indispensables pour modéliser les transferts hydro-sédimentaires. L'outil de modélisation TELEMAC SISYPHE est basé sur le système de Saint-Venant pour la partie hydraulique/flux en eau et sur les équations d'Exner et d'Hairsine et Rose pour les transferts sédimentaires. Il est donc tout indiqué pour notre problématique.

Il existe essentiellement trois sortes de difficultés : la première est liée au modèle, la deuxième aux méthodes numériques et la troisième au temps et ressources de calcul. Concernant le modèle, différents types d'écoulements (turbulents/laminaires, lisses/rugueux) peuvent coexister au sein d'un même bassin versant et pendant un même événement hydrologique. En outre, l'écoulement rencontre un certain nombre d'obstacles correspondant à différentes échelles spatiales : les micro- rugosités (particules sédimentaires, mottes de terre, …) et les macro-rugosités (sillons, fossés, petits aménagements, ...). Cette physique très hétérogène peut être représentée de façon continue avec des lois de frottement adaptées, qui sortent du cadre classique de l'hydraulique fluviale. D'un point de vue numérique, les schémas de résolution de l'équation de Saint-Venant 2D doivent pouvoir traiter des faibles hauteurs d'eau, des transitions sec/mouillé et également des états d'équilibre (flaque d'eau, écoulements stationnaires) ce qui reste aujourd'hui comme étant un vrai verrou dans la littérature. Enfin, ce type de modélisation nécessite une description du domaine assez fine (impliquant un maillage conséquent) sur des échelles de temps suffisamment longues pour permettre l'observation des transferts sédimentaires mais avec des pas de temps suffisamment petits pour lever les contraintes liées aux schémas numériques. Il est donc nécessaire d'avoir recours à des ressources de calcul telles que des clusters.

Le travail mené par un ou une stagiaire consistera à prendre en main les codes de calcul TELEMAC-2D et SISYPHE, construire un modèle numérique hydrosédimentaire 2D d'un sous-bassin versant du Louroux (analyse des données disponibles, construction du maillage, définition et calibration des paramètres, définition des scénarios de modélisation) et à comparer les résultats obtenus avec les données et les les résultats du modèle WATERSED. Les calculs seront réalisés grâce aux clusters d'EDF R&D, qui seront mis à disposition pour le/la stagiaire.

Dates prévisionnelles de début et fin du projet : 05/2018 – 11/2018