MARINE (HU) : Différence entre versions

Version du 4 février 2020 à 10:36

Le modèle MARINE(1) (Modélisation de l'Anticipation du Ruissellement et des Inondations pour des évéNements Extrêmes) est un modèle pluie débit à base physique et spatialisé, développé par l’Institut de mécanique des fluides de Toulouse (Groupe Hydroéco). Il permet de simuler des crues à cinétique rapide, en temps réel. Il regroupe une fonction de production et une fonction de transfert sur le bassin versant. C’est un modèle distribué à base physique. La modélisation des divers processus entrant en jeu est effectuée selon des lois physiques appliquées à chaque maille d’un maillage régulier du bassin versant. La mise en place du modèle requiert l’intégration d’informations provenant de sources diverses comme les Modèles Numériques de Terrain, des cartes d’occupation du sol et d’autres, pédologiques, descriptives de sa nature, les caractéristiques morphologiques des rivières.

Marine permet, à partir d’une distribution spatiale de la pluie obtenue grâce à l’imagerie radar, l’analyse en temps réel de la propagation d’une crue éclair en tout point du bassin versant. Ces variables sont soit de type cartographique, comme l’humidité des sols ou la hauteur d’eau dans le réseau de drainage, soit de type ponctuel comme l’hydrogramme à l’exutoire.

Plusieurs modèles physiques sont utilisés dans ce modèle :

• l’infiltration de l'eau dans le sol est calculée grâce au modèle de Green & Ampt ;

• les écoulements de subsurface sont résolus avec le modèle de Darcy et TOPMODEL ;

• le ruissellement de surface ainsi que les écoulements dans le réseau de drainage sont représentés avec un modèle d'onde cinématique. 

La figure suivante permet de résumer les écoulements simulés dans le modèle :

Bibliographie :

• Chorda Jacques, Dartus Denis et Maubourguet Marie-Madeleine, auteurs de l’Annexe 10-4 : MARINE (sur DVD) de « Hydrologie quantitative : processus, modèles et aide à la décision », », de Pierre-Alain Roche, Jacques Miquel, Eric Gaume, Springer France (590 p + 1 DVD)

Pour en savoir plus sur le modèle d’infiltration : modèle de green & ampt

L'infiltration correspond aux quantités d'eau qui vont pénétrer dans le sol, considéré comme un milieu poreux, l'écoulement d'eau résultant sera diminué vis-à-vis du ruissellement : l'infiltration est un terme puits pour le débit à l'exutoire d'un bassin versant.

La partie superficielle des sols étant un milieu assez hétérogène, le profil temporel de l'infiltration est souvent chaotique. Il est cependant possible de déterminer un profil temporel d'infiltration moyen d’infiltration et le modèle suppose que le sol est saturé au passage du profil, c'est-à-dire que la teneur en eau dans la zone de transmission est uniforme en temps et en espace et égale à la porosité du sol.

Paramètres connus par des fichiers de valeurs spatialisées :

• la conductivité hydraulique ainsi que la force de succion sont des paramètres caractérisant le sol ;

• l’humidité initiale, l'humidité à saturation évaluée à partir des précipitations (lames d’eau composites).

Pour en savoir plus sur les modèles d’écoulement de subsurface : topmodel et modèle de darcy

Lorsque le sol arrive à saturation, le modèle considère que l'eau peut s'écouler dans le sol, parallèlement à la pente de sa surface, on parle alors d'écoulement de subsurface. TOPMODEL représente cet écoulement contrôlé par la topographie, il a été développé par K.J Beven et M.J Kirby en 1979. Ce modèle découle de la loi de Darcy (1856) pour les milieux saturés.

Paramètres connus :

• la valeur locale du gradient de la charge hydraulique est égale à la pente de la surface, cette dernière est déterminée par un Modèle Numérique de Terrain (MNT) ;

• la transmissivité à saturation en surface est déterminée par le produit de la profondeur du sol et de la conductivité hydraulique à saturation ;

• un paramètre m à caler ;

• le déficit local provient de la profondeur du sol, des précipitations et de l'humidité initiale.

Pour en savoir plus sur la modélisation du ruissellement et du réseau de drainage superficiel : modèle d'onde cinématique

La direction de l'écoulement est calculée grâce au MNT, toute l'eau contenue dans un pixel se dirigera dans le sens de la plus grande pente. Le code de calcul peut ainsi déterminer une carte de drainage à l'aide du fichier MNT.

Ruissellement de surfaceL'eau qui ruisselle en surface est supposée couler sur un plan et alimente un réseau de drainage de manière perpendiculaire. La hauteur d'eau est donc petite (de l'ordre du centimètre), la pente est déterminée par le fichier MNT et le coefficient de Manning est donné par le fichier d'occupation des sols en Corine Land Cover. Les écoulements sont simulés par le modèle d’onde cinématique, comprenant un terme d’infiltration au cours de ce trajet, prise en compte suivant le modèle de Green & Ampt : c’est un terme « puits ».

Réseau de drainageAprès avoir ruisselé sur le sol, l'eau rejoint le réseau de drainage, où elle s’écoule à surface libre, toujours selon le modèle d’onde cinématique. Le profil du réseau de drainage est composé d’un lit mineur représenté par une section en triangle, et un lit majeur qui vient s’appuyer sur les rives du lit mineur et qui a aussi une pente transversale éventuellement différente de part et d’autre. Les coefficients de rugosité sont définis en référence aux caractéristiques des fossés et petits cours d’eau, ainsi que des lits majeurs. Dans ce cas l'infiltration est un terme « source » puisque l'eau infiltrée en plaine est rendue à la rivière par des écoulements de subsurface ou des restitutions dans les affleurements de zones saturées.