Chaine Intégrée pour la PRévision Hydrométéorologique des Étiages et des Sécheresses – CIPRHES

Le projet s’est appuyé sur un large éventail de méthodes mathématiques, numériques, statistiques et de modélisation, appliquées aux domaines concernés par le projet (météorologie, hydrologie, hydrogéologie). Il a notamment exploité cinq modèles hydrologiques de types et de niveaux de complexité différents, avec l’objectif d’assurer une certaine généralité et robustesse à la chaîne de modélisation. Ces modèles, développés par les partenaires du projet, correspondent à des façons variées de représenter les processus à l'origine des étiages. Diverses techniques d’assimilation de données, utilisant différents types d’observations (débit, niveau de nappe) pour corriger les modèles, ont été utilisées. De plus, une large gamme d’approches statistiques a été utilisée pour le post-traitement des prévisions météorologiques et hydrologiques, et pour la quantification des incertitudes associées aux observations et aux prévisions.

Le projet a par ailleurs exploité des données d’un large ensemble de bassins versants en France métropolitaine, afin de tester les méthodologies proposées dans diverses conditions et de tirer des conclusions générales. Les données ont été principalement extraites de bases de données publiques (Météo-France pour les données climatiques, HydroPortail pour les données hydrologiques, banque ADES pour les données sur les eaux souterraines). Des données plus spécifiques ont été utilisées pour certains travaux, par exemple des archives de prévision météorologiques ou des courbes de tarage associées à certaines stations hydrométriques. Ces données ont fait l’objet d’analyses détaillées pour en assurer la bonne qualité et la cohérence spatio-temporelle.

Les bassins versants utilisés pour les tests sont le résultat de procédures de sélection pour répondre à différents critères de disponibilité et de qualité de données ou de couverture spatiale. L’échantillon national a été constitué en croisant la base de bassins versants de la plateforme opérationnelle PREMHYCE (environ 1300 bassins) et l’échantillon national de bassins versants de référence CAMELS-FR (654 bassins). Le croisement de ces deux échantillons de bassins a permis de définir un ensemble de 478 bassins versants bien répartis sur le territoire métropolitain.

Des variantes de cet échantillon national ont pu être utilisées dans différents travaux, en fonction de contraintes supplémentaires imposées lors de certains tests (disponibilité des données, choix des périodes, etc.). Quelques travaux liés au projet ont également utilisé des bases de données spécifiques indépendantes de cette base nationale.

Une base de données plus détaillée a également été mise en place pour le cas du bassin versant de la Meuse à Chooz (10 000 km² environ), utilisé comme cas d’étude de démonstration au sein du projet, notamment pour l’évaluation des modèles hydrologiques en mode semi-distribué.

Le projet a permis de progresser sur plusieurs aspects. Sur la partie des prévisions météorologiques, une méthode statistique de concaténation des prévisions à moyenne échéance et des prévisions saisonnières a été proposée. Elle permet de produire des prévisions continues sur une large gamme d’échéances tout en bénéficiant de l’intérêt de ces deux types de prévisions. Implémentée dans la chaîne de production opérationnelle, elle simplifie les flux de données et l’analyse des résultats.

Une partie importante des travaux du projet a porté sur l’amélioration des modélisations hydrologiques utilisées pour prévoir les débits d’étiage. Des améliorations ont été proposées sur les fonctions responsables de la simulation des bas débits et sur la conceptualisation des échanges entre surface et souterrain. Une représentation plus explicite des nappes a pu être proposée, ainsi qu’une prise en compte des ouvrages de stockage. Des schémas de modélisation représentant plus explicitement la variabilité spatiale au sein des bassins versants (approche semi-distribuée) ont également été évalués, avec des résultats encourageants sur le bassin de la Meuse.

La mise en œuvre des modèles hydrologiques en mode prévisionnel a fait l’objet de plusieurs travaux visant à corriger en temps réel les modèles grâces à l’intégration des observations disponibles (assimilation de données). Si le débit observé en rivière est une source classique d’information, les travaux ont également visé à intégrer les niveaux de nappe. Cette information complémentaire n’a pas apporté de gains significatifs par rapport aux débits seuls, mais elle renforce les modèles dans leur capacité à simuler conjointement ces deux variables.

L’exercice de prévision étant par nature incertain, les travaux du projet se sont intéressés plus spécifiquement à trois sources d’incertitudes : prévisions météorologiques, observations hydrométriques et modélisation hydrologique. Des méthodes ont été proposées pour quantifier les incertitudes hydrométriques, en lien avec les courbes de tarage ou la qualité des stations de mesure. Des approches statistiques ont également été développées pour assurer une meilleure cohérence temporelle des estimations d’incertitude liées à la modélisation hydrologique et aux prévisions météorologiques.

Par ailleurs, des analyses sur un large échantillon de bassins ont permis de quantifier les échéances auxquelles on peut fournir des prévisions informatives (prévisibilité) et d’en cerner les déterminants (contexte hydroclimatique ou physique). Enfin, la plateforme opérationnelle a été améliorée, avec un fort accroissement de la couverture spatiale du territoire (désormais environ 1300 points de prévision), un réseau d’utilisateurs renforcé et une interface plus fonctionnelle et conviviale intégrant les demandes et besoins des utilisateurs.

Le projet CIPRHES a permis des progrès dans notre compréhension des déterminants de l’efficacité de chaînes opérationnelles de prévisions des sécheresses. Il ouvre diverses perspectives, avec notamment la mise en œuvre progressive des résultats du projet CIPRHES au sein de la plateforme opérationnelle PREMHYCE, la poursuite des développements sur la prévision saisonnière (atmosphère - surface - souterrain) dans le cadre d’autres projets, l’ouverture sur des méthodes et données complémentaires (méthodes d’apprentissage automatique, utilisation d’informations satellites), la prise en compte plus détaillée des influences anthropiques ou encore la production d’indicateurs adaptés à différents secteurs usagers de l’eau.

Le projet a été mené suivant de nombreux axes de travail portant sur les principales sources d’incertitudes dans la chaîne de prévision. Un séminaire de restitution organisé fin 2025 a regroupé environ 220 personnes issues de différents domaines. Il a été un lieu d’échange pluridisciplinaire et multi-sectoriel, avec la participation d’acteurs évoluant dans les domaines de la recherche, la gestion opérationnelle, l’ingénierie et la décision publique. Les discussions ont croisé les points de vue et fait ressortir les perspectives, besoins et attentes sur les développements en recherche, les enjeux institutionnels, les dimensions opérationnelles de la gestion des étiages et enfin les applications possibles dans différents secteurs usagers de l’eau, notamment celui de l’agriculture. Ces échanges ont souligné les défis qui se posent pour la gestion des sécheresses, de l’échelle locale à l’échelle nationale, dans un contexte d’évolutions rapides liées au changement global. L’Office français de la biodiversité (OFB), et la Direction de l’eau et de la biodiversité (DEB) au sein de Ministère de la transition écologique, qui sont à l’initiative du développement de la plateforme PREMHYCE, contribuent à en faire un instrument utile et accessible pour aider à la gestion des crises conjoncturelles de l’eau et à la décision publique en matière de partage de la ressource.

Les sécheresses sont une préoccupation croissante pour les gestionnaires de l'eau, avec la perspective d'événements plus sévères et plus fréquents dus au changement climatique. Une façon d'atténuer les conséquences des pénuries d'eau est d'utiliser des systèmes de prévision. En France, le projet PREMHYCE (2012-2019) a développé une approche multi-modèle pour la prévision des étiages et a prouvé sa capacité à devenir un système opérationnel en ligne. PREMHYCE a donné des résultats prometteurs dans un petit nombre de sites, ce qui a motivé la transposition du concept à plus grande échelle dans le cadre du projet CIPRHES.

Le projet CIPRHES vise donc à faire un pas en avant par rapport aux approches existantes, en construisant une chaîne intégrée pour la prévision des étiages basée sur une approche multi-modèle originale, en développant des prévisions météorologiques « sans coutures » (d'un jour à plusieurs mois), une modélisation hydrologique intégrée et des méthodes de quantification des incertitudes. La chaîne de prévision fera l'objet de "crash-tests" sur un large échantillon de bassins versants afin d'évaluer ses performances et sa robustesse. Son utilité pour améliorer la gestion de l'eau dans quelques secteurs socio-économiques stratégiques sera également évaluée. Les méthodologies proposées utiliseront six modèles hydrologiques développés par les partenaires du projet. La base de données comprendra plus de 100 bassins versants répartis en France, représentant des conditions hydroclimatiques et d'usages de l'eau variées. Les données seront principalement extraites de bases de données nationales et de sources régionales ou locales pour des études de cas spécifiques.

Le projet est prévu sur quatre ans et est organisé en six groupes d’actions portant sur : la coordination globale du projet (WP1) ; le développement de prévisions atmosphériques « sans coutures » en se concentrant sur la fiabilité des prévisions en conditions de sécheresse (WP2) ; le développement de modèles de prévision hydrologique pour les étiages adaptés à diverses échelles temporelles et spatiales (WP3) ; la quantification des incertitudes, l’analyse de leur propagation à travers la chaîne de prévision des ensembles hydrologiques, et l’amélioration de la combinaison multi-modèles (WP4) ; le test et l’évaluation de l'efficacité de la chaîne dans diverses conditions hydroclimatiques avec deux objectifs spécifiques de gestion de l'eau (hydroélectricité et agriculture) (WP5) ; le développement d’un démonstrateur de service hydrométéorologique en ligne, d’outils de formation et la diffusion des résultats scientifiques et techniques (WP6). Le consortium CIPRHES comprend cinq partenaires : INRAE (coord.), le BRGM, EDF, le CNRM et le LOTERR (Université de Lorraine).

Les principaux résultats du projet CIPRHES seront (1) une chaîne hydrométéorologique intégrée multi-modèle de prévisions des étiages sur le territoire national à haute résolution spatio-temporelle, (2) un protocole détaillé et multi-objectif pour évaluer l'efficacité de la chaîne de prévision, (3) un démonstrateur en temps réel orienté web pour la prévision opérationnelle des sécheresses, et (4) des outils de communication et de formation pour les gestionnaires de l'eau.

Des bénéfices du projet sont attendus à plusieurs niveaux : pour les politiques nationales de l'eau en aidant à anticiper les pénuries d'eau et donc à améliorer la gestion de l'eau et la préservation de l'environnement ; pour le secteur socio-économique en fournissant des outils pour des objectifs spécifiques dans des domaines comme l'hydroélectricité et l'agriculture ; pour la communauté de recherche en contribuant à plusieurs programmes sur l'évaluation des risques, les questions de modélisation et la quantification des incertitudes ; pour le grand public en améliorant la sensibilisation aux question de sécheresse.