REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE Université L’Arbi Ben M’hidi– OUM EL BOUAGHI Faculté des Sciences et Sciences Appliquées Département De l’Hydraulique OPTION : HYDRAULIQUE URBAINE Mémoire de fin d’étude pour l’obtention du diplôme Master en hydraulique urbaine Thème MODELISATION PLUIE-DEBIT PAR RESEAUX DE NEURONES ARTIFICIELS DU BASSIN VERSANT DE SYBOUSSE Présenté par : ➢ CHERGUI Amira. Devant le jury: ➢ Président : Dr. SEHTAL S ➢ Examinateur: Dr.TAMRABET L ➢ Encadreur : Dr.MAROUF Nadir PROMOTION : 2018-2019 Remerciements Je remercie DIEU de m’avoir donné le courage d’accomplir ce travail. A l’issus de ce modeste travail, je tiens à exprimer mes sincères remerciements à: Mon encadreur Dr. MAROUF Nadir, qui m’a aidé beaucoup par ses orientations et ses précieux conseils pour l’élaboration de ce mémoire. Les membres de jury et pour leur participation à l’évaluation de ce travail. Tous les enseignants du département de l’Hydraulique qui ont participé à ma formation. Tout le personnel de la subdivision d’hydraulique d’Oum-El-Bouaghi, en particulier : Mrs. GUREH Azedine et BELHOUCHETE Ali. Tous ceux qui m’ont aidé de prés ou de loin et sans oublié mon oncle Boukhatem Ramzi,Fertasse Fadila et Tamrabet Zineb. i Dédicace Je dédie ce modeste travail en signe de respect et de reconnaissance : A mon père et ma mère qui m’ont toujours encouragé durant ces années d’études et toute la famille Chergui et Ben Belkacem sans oublier ma grande mère Mimi. A mes frères :Dhia Eddine et Chamsse Eddine. Et ma sœur : Riteje. A tous mes amis sans exception et surtouts :Marwa, Imane, Ahlem,Zahra Bouchra, Soulef, khawla ,Sara ,Nani et Soumia. A tous mes collègues durant les années d’études dans l’université d'OEB. ii Résumé Les modèles hydrologiques globaux permettent de simuler la transformation de pluie en débit sur des bassins naturels, pour de nombreuses applications pratiques dans le domaine de la gestion de la ressource en eau. Ce travail représente la modélisation pluie-débit par le modèle de réseaux de neurones artificiels appliqués au bassin versant de l’oued Seybouse. Nous avons donné premièrement un aperçu sur la modélisation hydrologique ; ensuite on a présenté notre zone d’étude, le bassin versant Seybouse et à la fin, une description et une application du modèle RNA sur le bassin versant étudié. Trois stations hydrométriques ont étudiées, les résultats obtenus-(apprentissage, validation et test) sont très bons (corrélation dans l’ensemble varie entre [0.88-0.96] ). L’efficacité du model globale de l’ensemble des stations étudiés a été vérifié et appliqué sur la station du Ain El Barda. Mots clés : Hydrologie, bassin versant, Oued Seybouse, Modélisation, pluie-Débit, Modèle, réseaux de neurones artificiels Abstract Global hydroligic models simulate the transformation of rain into flows on natural basins for many practical applications in the field of water resource management This work represets rain-flows modalization by the artificial neural networks model applied to the oued seybouse watershed . we firset gave an overview on hydrological modalization ; as a result we presented our study area the Seybouse watershed and at the end ,adescription and aplication of the result obtained (Tearning,Validation and testing ) are veries good correlation overall varies between [0.88-0.96].The effectiveness of the overall model of all the ain el barda station. Key mountains : Watershed,Oued Seybous, Modeling ,Rain flow ,Model artificial neural networks. iii ملخص تحاكي النماذج الهيدرولوجية العالمية تحويل هطول اﻷمطار إلى تدفق على اﻷحواض الطبيعية ، للعديد من التطبيقات العملية في مجال إدارة الموارد المائية. يمثل هذا العمل نمذجة تدفق اﻷمطار من خﻻل نموذج الشبكات العصبية اﻻصطناعية المطبقة على مستجمعات المياه في وادي سيبوس حيث قدمنا أوﻻً لمحة عامة عن النمذجة الهيدرولوجية ؛ ثم قدمنا مكان العمل حوض المياه سيبوس وفي النهاية قمنا بوصف وتطبيق نموذج الشبكات العصبية اﻻصطناعية على مستجمعات المياه المدروسة. تمت دراسة ثﻻث محطات لقياس كثافة السوائل ، والنتائج التي تم الحصول عليها لكل من )التعلم والتحقق واﻻختبار( جيدة ج ًد ونتائج اﻻرتباط تتراوح بين (]R=]0،96-0،88(. حيث تم التحقق من كفاءة النموذج العام لجميع المحطات التي تمت دراستها وتطبيقها على محطة عين البردة الكلمات المفتاحية: الهيدرولوجية ، مستجمعات المياه ، وادي سيبوس ، النمذجة، تدفق المطر ، النموذج ، الشبكات العصبية اﻻصطناعية. iv Sommaire Remerciements…………………………………………………………………………………………………………………….i Dédicace……………………………………………………………………………………………………………………………...ii Résumé……………………………………………………………………………………………………………………………....iii INTRODUCTION GENERALE……………………………………………………………………………………………………1 Chapitre I Etude bibliographie sur la modélisation pluie – débit et Les réseaux de neurones artificiels Introduction………………………………………………………………………………………………………………………….3 I.1.Définition de la modélisation ................................................................................................ 3 I.2. Modélisation hydrologique de la relation pluie-débit………………………………………………………3 I.3.Pourquoi des modèles pluie-débit ?.....................................................................................3 I.4. Classification des modèles pluie débits……………………………………………………………………………4 I.4.1. Les modèles empiriques……………………………………………………………………………………………4 I.4.2. Les modèles physiquement fondés……………………………………………………………………………5 I.4.3. Les modèles conceptuels (à réservoirs)……………………………………………………………………..5 I.4.4. Les modèles ' boîte noire………………………………………………………………………………………....5 I.4.4.1.Méthode par Réseau de Neurone ............................................................................ 6 a)Définition …………………………………………………………………….…………………………….…..6 b) Application…………………………………………………………………….……….…………………….6 c)Structure du réseau…………………………………………………………………………..…………..6 I.4.4.1.1.modèles des réseaux de neurones artificiels …………………………………………..7 i. Perceptron…...............................................................................................8 a. Perceptron simple …………………………………………………………………………..8 b. perceptron multicouches………………………………………………………………...9 ii. réseaux de neurones récurrents……………………………………………….……………9 iii. réseaux de neurones compétitifs …………………………………………………………9 iiii. réseaux de neurones évolutifs…………………………………………………….....…10 I.4.4.1.2.choix de réseau de neurones artificiels………………………………………………….11 I.4.4.1.3.Apprentissage des réseaux de neurones ………………………………….……………11 Conclusion…………………………………………………………………………………………………………………………..12 Chapitre II Etude géographique de la zone d’étude INTRODUCTION…………………………………………………………………………………………………………………..13 II.1. CARACTERISTIQUES GEOMORPHOLOGIQUES DE LA ZONE D’ETUDE…………………………….13 II.1.1.Situation géographique…………………………………………………………………………………………..13 II.1.1.1. Le bassin de la haute Seybouse (d’après ABH)………………………………………………….15 A. La plaine de Sedrat ………………………………………………………………………………………..15 B. La plaine de Tamlouka…………………………………………………………………………………….16 II.1.1.2.Le bassin de la moyenne Seybouse (d’après ABH)……………………………………………..16 A. Sous bassin du bas CHAREF……………………………………………………………………………16 B. Sous bassin BOUHAMED………………………………………………………………………………..16 C. Sous bassin de Guelma ………………………………………………………………………………….16 D. Sous bassin d'OUED MALEH………………………………………………………………………..…17 II.1.1.3.Le bassin de la basse Seybouse ou Seybouse maritime (d’après ABH)……………….17 II.2.Caractéristiques Morpho-métriques du Bassin………………………………………………………………17 II.2.1.Forme du Bassin………………………………………………………………………………………………………17 II.2.2.Relief (courbe Hypsométrique)……………………………………………………………………………….18 II.2.3.Dénivelée D…………………………………………………………………………………………………………….19 II.2.4. Pentes……………………………………………………………………………………………………………………19 II.2.4.1.Indice de pente de roche Ip :…………………………………………………………………………….19 II.2.4.2.Indice de pente globale…………………………………………………………………………………….20 II.2.4.3.Dénivelée spécifique…………………………………………………………………………………………20 II.2.5.Réseaux hydrographique…………………………………………………………………………………………21 II.2.6.Profil en long :…………………………………………………………………………………………………………23 II.3. Lithologie du Bassin (d’après ABH)……………………………………………………………………………….23 II.3.1.Répartition des zones de Perméabilité sur le Bassin………………………………………………..24 II.3.1.1.Zone de grande perméabilité…………………………………………………………………………….24 II.3.1.2.Zone de moyenne de perméabilité……………………………………………………………………24 II.3.1.3. Zone de Faible perméabilité…………………………………………………………………………….24 II.4.Facteurs Climatiques et leur variabilité (d’après ABH)……………………………………………………25 II.4.1.Humidité Atmosphér……………………………………………………………………………………………….26 II.5. Présentation des stations d’études……………………………………………………………………………….27 Conclusion…………………………………………………………………………………………………………………………..29 Chapitre III Analyse des Précipitations III-Hydrologie du bassin versant ............................................................................................... 30 III.1. Etude de précipitation ...................................................................................................... 30 III.1.2.Interprétation des caractéristiques statiques…………………………………………………………31 III.1.3. Analyse en composantes principales (ACP) des précipitations annuelles………..…….31 III.1.3.1.Analyse des résultats de l’ACP………………………………………………………………………….31 III.1.3.2.Ajustement des vecteur C1 à une loi de probabilité…………………………………………34 III.1.3.3.Ajustement des Précipitations annuelles à une loi de probabilité…………………….35 III.2.Analyse par (ACP) du régime pluviométrique mensuelle………………………………………………36 III.2.1. Présentation des résultats…………………………………………………………………………………….37 III.2.1.1.Analyse des résultants de l’ACP………………………………………………………………………..37 III.2.2. Interprétation