Modèle distribué (HU)

Traduction anglaise : Distributed model

Dernière mise à jour : 03/05/2022

Modèle hydrologique dans lequel on subdivise le bassin versant à étudier en plusieurs unités spatiales de taille suffisamment petite pour pouvoir être considérées comme homogènes.

Différents types de modèles distribués

Le découpage fin en unités élémentaire est généralement fait de façon différente en hydrologie générale et en hydrologie urbaine.

• en hydrologie générale, ce découpage de l'espace est souvent réalisé sous la forme d'un maillage régulier de figures simples (triangles ou rectangles) qui échangent directement entre elles (figure 1) ;
• en hydrologie urbaine, on privilégie plutôt un découpage en sous bassins versants reliés par des tronçons de réseau.

Cette différence provient principalement de la façon dont les écoulements sont organisés. Sur un bassin versant naturel ou rural, les écoulements se font en surface et le relief naturel, tel qu'il peut être décrit par un MNT, permet de bien prévoir comment les écoulements vont s'effectuer. En revanche, en milieu urbain, les écoulements sont très vite structurés par un réseau souterrain qui ne suit pas toujours, surtout à petite échelle, la pente du sol. De plus ce réseau est souvent bien connu et disponible sous la forme de SIG. Enfin, la structuration du territoire en parcelles de petite taille, également souvent bien connue, détermine fortement le comportement hydrologique du système. Il est donc plus logique d'utiliser ces informations pour décomposer le bassin versant en unités élémentaires (voir figure 2).

Dans tous les cas, les modèles distribués permettent de prendre en compte la variabilité spatiale des surfaces (pente, perméabilité, type d’occupation des sols, etc.), ainsi que celles des processus hydrologiques (en particulier la variabilité spatiale de la pluie). Dans le cas de l'hydrologie urbaine, ils permettent également de prendre explicitement en compte les écoulements dans le réseau ainsi que l'influence des ouvrages spéciaux, plus faciles à représenter de façon déterministe par des modèles hydrauliques.

Figure 1 : Exemple de modèle hydrologique rural distribué : top model ; Source : Metcalfe et al.(2015)

Figure 2 : Exemple de modèle hydrologique urbain distribué à toute petite échelle ; Source : Rodriguez et al (2010).

Intérêt et limites des modèles distribués

Le choix du niveau de finesse avec lequel il faut décomposer le bassin versant étudié est délicat et dépend de la quantité de données disponibles.

De façon assez évidente un découpage trop grossier ne permet pas d'exploiter correctement l'ensemble des informations disponibles. A l'opposé, plus on augmente la finesse du découpage et plus on augmente le nombre de paramètres du modèle. Même si certains de ces paramètres peuvent être fixés a priori de façon déterministe, d'autres dépendent nécessairement d'un calage. Si le nombre de paramètres à caler devient trop nombreux par rapport aux données disponibles la performance du modèle se réduit car il n'est plus possible de le caler correctement (ou plus précisément d'obtenir un calage unique).

Cette problématique est bien illustrée par la figure 3, extraite de Grayson et Blöschl (2000) qui montre qu'il existe une sorte d'optimum dans la complexité du modèle en fonction de la disponibilité des données.

Figure 3 : Relation conceptuelle entre la complexité du modèle, le niveau de disponibilité des données et le niveau de performance du modèle d'après Grayzon et Blöschl (2000).

Bibliographie :

• Grayson, R. et Blöschl, G. (2000) : Spatial Patterns in Catchment Hydrology : Observations and Modelling ; Cambridge University press.
• Metcalfe, P., Beven, K.J., Freer, J. (2015) : Dynamic TOPMODEL: A new implementation in R and its sensitivity to time and space steps ; 41p. ; disponible sur semanticscholar.org
• Rodriguez, F., Mosini, M.-L., Andrieu, H. (2010) : Un modèle hydrologique distribué pour les bassins versants urbains ; BLPC ; n°277 ; juillet-septembre 2010

Pour en savoir plus : fiche Wikhydro sur les modèles hydrologiques distribués