Pouvoir simuler le comportement hydrologique d'un bassin versant est un enjeu majeur de l'hydrologie moderne, auquel tente de répondre la modélisation pluie-débit. Il s'agit, à partir de la connaissance de la pluie tombée sur le bassin, de reproduire la réponse en débit du bassin, à l'aide d'un modèle.

Les premiers modèles de simulation pluie-débit ont été proposés à la fin des années 50, et de nombreux modèles ont été développés depuis, selon des approches très variées. Bien que la représentation du comportement hydrologique d'un bassin soit apparemment un problème très ordinaire, aucune solution satisfaisante n’existe à l’heure actuelle pour décrire le mécanisme de la transformation de la pluie en débit. Une forte demande existe cependant, autant dans les domaines de recherche liés à l'étude des hydrosystèmes que de la part des gestionnaires de la ressource en eau, pour une application en conditions opérationnelles, par exemple pour la prévision des crues.

Ce site présente les travaux de recherche réalisés au Cemagref pour le développement de modèles pluie-débit.

Modélisation justifiée, paramétrisation raisonnable

Une description précise de l’ensemble, extrêmement complexe, des mécanismes élémentaires intervenant dans tout l’espace tridimensionnel que constitue un bassin versant est actuellement impossible. Seules des solutions simplifiées semblent aujourd'hui envisageables.

L’équipe Hydrologie du Cemagref d'Antony a adopté une approche originale et pragmatique, renonçant à une connaissance minutieuse des divers phénomènes. Un mécanisme rationnel reproduisant au mieux le comportement global d’un bassin versant sous l’action combinée de deux variables de forçage essentielles (précipitations et demande évaporatoire de l'air) a été construit progressivement, en testant l’efficacité de chaque nouvelle modification. 

L'approche adoptée s'appuie sur les éléments suivants :

1. Le bassin versant est vu comme une entité globale ;

2. L'approche adoptée est empirique (pas d'usage a priori d'équations physiques) ;

3. Les structures de modèles sont développées à partir de structures les plus simples, progressivement complexifiées ;

4. La complexité du modèle est conditionnée par la capacité du modèle à reproduire la transformation pluie-débit ;

5. On recherche les structures les plus générales possible ;

6. Le test en calage-contrôle, sur de grands échantillons de bassins, est le mode d'évaluation standard des modèles ;

7. Les modèles sont évalués de manière relative (pas de "bons" modèles, seulement des modèles meilleurs que d'autres).

Entreprises au début des années 80 par Claude Michel (équipe Hydrologie du Cemagref), les recherches ont conduit à la mise au point progressive de structures couvrant les pas de temps journalier, mensuel et annuel. Des travaux ont également été conduits pour adapter ces modèles et permettre l'exploitation de données d'humidité des sols ou les utiliser pour la modélisation de la qualité des eaux à l'échelle du bassin versant (voir Historique de ces développements).

Applications

Parallèlement aux développements des structures des modèles, des méthodologies d'application ont été développées pour répondre à de nombreux problèmes concrets d'hydrologie opérationnelle, comme par exemple :

• la prédétermination des crues, 

• le dimensionnement d’ouvrages, 

• le dimensionnement et la gestion de réservoirs, à objectif simple ou multiple (écrêtement de crue, soutien d'étiage, etc.),

• la prévision des étiages,

• la prévision des crues,

• la détection de tendances dans les séries hydrologiques (évolution du comportement hydrologique des bassins versants).

Des travaux ont également été menés pour essayer d'appliquer ces modèles sur des bassins versants non jaugés, travaux toujours d'actualité notamment dans le cadre des activités du réseau MOPEX et de la décennie PUB lancée par l'AISH.