Amélioration D'une Modélisation Hydrologique Régionalisée Pour
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Université Pierre et Marie Curie Ecole doctorale : Géosciences, Ressources Naturelles et Environnement Irstea - UR RECOVER - équipe Risques Hydrométéorologiques Amélioration d’une modélisation hydrologique régionalisée pour estimer les statistiques d’étiage Par Florine Garcia Thèse de doctorat en Hydrologie Dirigée par Ludovic Oudin (Directeur, UPMC) et Nathalie Folton (Encadrant, Irstea) Présentée et soutenue publiquement le 15 décembre 2016 Devant un jury composé de : M. Drogue Gilles Maître de conférences Université de Lorraine Rapporteur Mme Favre Anne-Catherine Professeur Grenoble INP – ENSE3 Examinateur Mme Folton Nathalie Ingénieur de recherche Irstea Encadrant Mme Habets Florence Directeur de recherche CNRS Examinateur M. Mathevet Thibault EDF - DTG Examinateur M. Oudin Ludovic Maître de conférences UPMC Directeur de thèse M. Paturel Jean-Emmanuel Chargé de recherche IRD Rapporteur i Remerciements Je tiens tout d’abord à remercier chaleureusement Nathalie Folton, mon encadrante de thèse, et Ludovic Oudin, mon directeur de thèse, pour m’avoir fait confiance et m’avoir accompagnée pour mener à terme ce travail de recherche. Merci pour votre grande disponibilité, vos multiples conseils, votre transfert de connaissances et les nombreuses discussions que nous avons pu avoir tout du long de ces trois années. Je souhaite aussi remercier tous les membres du jury qui ont accepté et pris le temps d’examiner mes travaux. Merci à Florence Habets en sa qualité de présidente du jury. Merci à Gilles Drogue et Pierre-Emmanuel Paturel pour leurs rapports et tous les conseils pour améliorer ce manuscrit. Et merci à Anne-Catherine Favre et Thibault Mathevet pour leur participation au jury de thèse ainsi que pour leurs remarques. Je remercie une nouvelle fois Bénédicte Augeard, Gilles Drogue, Anne-Catherine Favre, Rémy Garçon et Charles Perrin pour leur suivi de mes travaux à travers l’un des deux comités de pilotage ou les deux. Leurs remarques, critiques et encouragements ont été d’un grand apport lors de ces trois années de thèse. Ces trois années de thèse n’auraient pu aussi bien se dérouler sans toute l’équipe à laquelle j’ai eu l’occasion de participer. Merci à Patrick, Pierre et Catherine pour leur contribution à mes travaux, notamment sur la thématique commune de régionalisation et leur point de vue « crues ». Un immense merci à Angelica, jumelle de thèse si on peut dire, pour le soutien mutuel pendant ces trois années. Merci à Anthony et Stéphane pour l’intégration rapide dans l’équipe et la découverte des calanques, de Peyrol et de tous les alentours. Merci à Clotilde pour la découverte du pan géographique de l’hydrologie, les chats et la culture. Merci à Dimitri pour la mise dans le bain de la thèse. Merci à Jean pour le partage des galères en régio, la summerschool et la plage. Merci à Mathieu, « vrai co-bureau », pour la bonne humeur et toutes les discussions autour du sport, des séries et de la fantasy. Merci à Philippe, mon premier co-bureau, pour la découverte de cette équipe et toutes les astuces sous R. Merci à Amina, Aurore, Boe, Magloire et Mohammed, pour l’aide et les découvertes multi- culturelles. Et pour finir, je tiens à remercier un grand nombre de collègues du centre d’Aix, actuels et anciens, pour l’ambiance d’entraide, la bonne humeur pendant ces trois années, ii ainsi que toutes les sorties, culturelles, sportives et « hydrologiques » qui ont agrémenté ma thèse. Je n’oublie pas tous mes amis, des copines de flamenco à Aix aux copains d’Hamburg en passant par les amis d’école à Grenoble et ceux d’enfance à Chaville. Leurs encouragements ont été importants pendant ces trois années, en particulier pendant les derniers mois, et les fiestas post soutenance ont été bien remplies. Cela prendrait trop de lignes de les remercier ici un à un, mais je tiens à adresser un grand merci à toute ma famille : les grands-parents, les oncles, tantes et cousins, qui ont toujours montré un grand intérêt à mes travaux et de nombreux encouragements tout du long de ces trois ans et qui ont fait le déplacement pour la soutenance, lorsque leur emploi du temps le leur a permis. Je terminerai enfin par un immense merci à ma famille la plus proche : mes parents, Michel et Valérie, et mon frère et ma sœur, Julien et Diane. Ils ont été mes rocs pendant ces trois années, la thèse et l’à-côté, et le sont depuis bien longtemps, quels que soient les hauts et les bas. Merci pour les nombreuses discussions autour de ma thèse et pour m’avoir supportée, en particulier pendant l’écriture de ce manuscrit. Un dernier merci à notre Virgule, qui s’en est allée quelques jours après ma soutenance, et qui, à sa manière, a contribué à l’avancée de mes travaux et à l’écriture de ce manuscrit. iii Table des matières Remerciements .......................................................................................................................... i Table des matières ................................................................................................................... iii Table des figures ..................................................................................................................... vii Liste des tableaux .................................................................................................................. xiv Introduction Générale .............................................................................................................. 1 Introduction .......................................................................................................................... 3 Méthodes d’estimation des indices d’étiage ........................................................................... 4 Modèles pluie-débit pour l’estimation de différents indices d’étiage .................................... 5 Objectifs de la thèse ............................................................................................................... 6 Organisation du mémoire ....................................................................................................... 7 1 Etiage, impacts et réglementations ....................................................................... 9 1.1 Définitions de l’étiage .................................................................................... 11 1.2 Processus hydro-climatiques liés à l’étiage .................................................... 13 1.3 Indices d’étiage ............................................................................................... 18 1.4 Réglementations ............................................................................................. 20 1.5 Synthèse du chapitre ....................................................................................... 24 2 Données et régimes d’étiage français ................................................................. 25 2.1 Echantillons de bassins versants ..................................................................... 27 2.2 Données .......................................................................................................... 32 2.2.1 Données hydrométéorologiques .................................................................. 32 2.2.2 Données descriptives de bassin versant ...................................................... 34 2.3 Indices d’étiage ............................................................................................... 38 2.3.1 Module interannuel ..................................................................................... 38 2.3.2 Sévérité de l’étiage ...................................................................................... 41 2.3.3 Saisonnalité de l’étiage ............................................................................... 48 2.3.4 Inertie de l’étiage ........................................................................................ 51 2.4 Liens entre les différents indices d’étiage ...................................................... 54 iv Table des matières 2.5 Illustrations sur quatre bassins versants .......................................................... 59 2.6 Synthèse du chapitre ....................................................................................... 60 3 Which objective function to calibrate rainfall–runoff models for low–flow index simulations? .................................................................................................................. 61 Introduction du chapitre et compléments à l’article ............................................................. 63 Résumé ........................................................................................................................ 69 Abstract ........................................................................................................................ 69 3.1 Introduction .................................................................................................... 70 3.2 Study area, models and methodology ............................................................. 72 3.2.1 Dataset ......................................................................................................... 72 3.2.2 Hydrological models ................................................................................... 75 3.2.3 Calibration and validation methodologies .................................................. 77 3.3 Results and discussions .................................................................................. 81 3.3.1 Assessment criteria as objective function ..................................................