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Modélisation de l'Écoulement sur une Topographie avec des Hétérogénéités Orientées et des Différences d'Échelles – METHODE

Résumé de soumission

1 - Contexte sociétal et scientifique, objectifs du projet - - Le ruissellement sur les sols cultivés pose des problèmes de conservation des ressources environnementales (diminution des épaisseurs de sol par érosion, pertes en nutriments, dégradation de la qualité des eaux). Les épisodes ruisselants, phénomènes discontinus dans le temps et dans l'espace, sont aussi responsables de coulées boueuses pouvant affecter les biens et les personnes. Pour améliorer l'aménagement des bassins versants, il est nécessaire de prédire correctement la localisation des écoulements de surface. Or, les modèles hydrologiques opérationnels sont assez inefficaces sur ce point. - En contexte agricole, des travaux empiriques ont montré que l'interaction sillons-topographie était déterminante sur la géométrie du réseau d'écoulement : pour des faibles écoulements le ruissellement suit la direction des sillons, alors que pour de forts écoulements le ruissellement suit la direction de la pente topographique. Par manque de connaissance sur cette interaction, ce phénomène n'est pris en compte dans les modèles hydrologiques opérationnels qu'à travers des modèles heuristiques du type loi de tout ou rien. - Dans le cadre de ce projet, nous souhaitons modéliser ce type d'écoulement afin de comprendre et prédire l'effet de la morphologie de la surface sur l'écoulement. L'objectif final est de prendre en compte dans des modèles de type Saint-Venant qui sont couramment utilisés en hydrologie, l'effet de l'interaction topographie-sillons. - - 2 - description du projet, méthodologie - - Les travaux débuteront par une phase de modélisation pour intégrer dans un système de type Saint-Venant les effets des sillons qui conditionnent l'écoulement. La difficulté provient du fait que les sillons introduisent une anisotropie dans l'écoulement et que leur hauteur typique est de l'ordre de celle des hauteurs d'eau. Cela nécessite des techniques de modélisation originales. Nous proposons trois approches différentes (WP1 : multi-couches, relaxation, Boussinesq) que nous comparerons entre elles et avec les données de simulations numériques directes (WP2) et des mesures expérimentales (WP3). Plusieurs méthodes numériques, déjà utilisées pour d'autres applications (volumes finis, lattice Boltzmann, Arbitrary Lagrangian Eulerian...), devront être adaptées pour faire passer des cas tests de complexité croissante. Afin d'assurer la pertinence des problèmes posés et des réponses apportées, ce projet associe à la fois des mathématiciens et des hydrologues. - - 3 - résultats attendus - - La collaboration entre mathématiciens et hydrologues permettra le transfert de connaissances sur les méthodes numériques récemment développés en mathématiques appliquées. Par ailleurs, en 3è année du projet, nous comptons appliquer les résultats des modèles mis au point (WP1) et validés (WP2 et 3), en les intégrant dans une plateforme de modélisation (pour permettre des couplages aisés avec d'autres modules hydrologiques), en diffusant un programme de démonstration et en proposant des modifications des outils hydrologiques opérationnels existants (WP4). ...

Coordination du projet

Stéphane CORDIER (Université)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Aide de l'ANR 200 000 euros
Début et durée du projet scientifique : - 36 Mois

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