cpterendu ACI COUMEHY

Coordinateur : Christopher MESSAGER (LTHE)
Partenaires : IDRIS : Institut du développement et des ressources en informatique scientifique (Orsay)- LTHE (Grenoble) - Institut Hydrosciences de Montpellier.

Présentation Projet COUMEHY :
catégorie projet pluridisciplinaire

Ce projet comporte deux volets, un volet scientifique et un volet technique. Le volet scientifique a pour objectif l'évaluation de l'importance du couplage entre les cycles hydrologiques et atmosphériques, la mise en évidence des rétroactions que peuvent engendrer chacun des systèmes sur l'autre, et leurs répercutions sur le climat de l'Afrique de l'Ouest.
Le volet technique a pour objectif principal le couplage des modèles atmosphérique et hydrologique tournant sur des plates-formes différentes. Le couplage d'un point de vue technique est donc la communication des deux modèles via l'architecture d'objets distribués CORBA (Common Object Request Broker Architecture) qui permet l'intégration d'applications distribuées sur des machines hétérogènes.

L'objectif de ce projet est d'évaluer l'importance des processus de couplage entre cycles hydrologiques atmosphériques et continentaux, et ce dans le cadre des changements climatiques.
La région choisie est l'Afrique de l'Ouest dont le climat est marqué par la forte rétroaction entre la végétation et le régime pluviométrique sur une large gamme d'échelle de temps (intra-saisonnières à décennale au moins). Le rôle climatique supposé des processus hydrologiques continentaux dans ces régions est de conditionner l'accès de la végétation au réservoir d'eau dans les sols, et de ce fait le développement et la persistance de l'activité végétative, en particulier durant les périodes sèches. Il en résulte alors un impact sur les échanges d'énergie surface-atmosphère via le pouvoir réflecteur du système sol-végétation, le transfert radiatif à travers la végétation et la transpiration de cette dernière. Par ailleurs, la végétation est une composante importante de la source continentale d'humidité atmosphérique. C'est pourquoi, l'Afrique de l'Ouest semble être une zone géographique adaptée à l'évaluation de la pertinence d'un couplage hydro-météorologique.
Le but de ce couplage est aussi de réunir deux types de modèles issus de deux communautés scientifiques ne s'appuyant pas sur les mêmes méthodologies et les mêmes approches numériques de programmation. Le point commun de ces disciplines se situe donc à l'interface des deux milieux, qui représente une condition aux limites qui a été traitée jusqu'ici soit par du forçage (pour les hydrologues), soit par des modélisations des processus hydrologiques (par les météorologues).

Enjeux et problématiques

Ceux-ci sont multiples. Tout d'abord, il s'agit de mettre en œuvre une méthode suffisamment générale d'estimation du transfert de l'eau dans les sols pour pouvoir représenter de manière réaliste la diversité de ces transferts à des échelles spatiales supérieures à la taille de plusieurs bassins. Pour ce faire, des modèles hydrologiques par type de bassins devront être considérés si l'hydrologie des différents bassins de la zone est régie par des processus variant d'un site à l'autre.
Un autre enjeu est la représentation de l'interaction atmosphère/surface continentale, compte tenu de leurs traitements respectifs dans les modèles numériques actuels. Cette problématique n'est pas nouvelle et a déjà été envisagée dans le cadre de la modélisation du système climatique. Plus particulièrement, l'atmosphère est divisée en mailles carrées régulières alors que le milieu hydrologique continental est divisé en bassins. On se propose donc de développer une méthode de couplage prenant en compte cette différence entre ces géométries.
Un autre problème lié à ces deux milieux est la différence des échelles à laquelle s'intéressent (ou peuvent s'intéresser pour cause de limitation de moyens de calcul ou du manque de données !) les hydrologues et les météorologues. En effet, la plus fine résolution spatiale des modèles atmosphériques travaillant à l'échelle climatique est de l'ordre de la vingtaine de kilomètres au plus, les points de calcul formant un maillage régulier ; le modèle hydrologique, lui, travaille sur des échelles bien plus petites (de l'ordre du kilomètre, voire de la centaine de mètres), avec une dispersion irrégulière des points de calculs souvent distribués en fonction du réseau hydrologique.
La problématique consiste à modéliser les flux échangés entre les deux modèles en résolvant les problèmes de changement de géométrie du domaine et d'échelle. Pour ce faire, on se propose d'utiliser des méthodes d'agrégation et de désagrégation des flux échangés à l'interface en tenant compte de la géométrie des grilles de discrétisation, des écoulements dynamiques influencés par le relief sous maille du modèle météorologique, et des caractéristiques d'un front de pluie.
A l'interface, la conservation d'énergie et d'eau dans les sols et la végétation sera traitée par un SVAT (Surface Vegetation Atmosphere Transfer scheme). La particularité de ce SVAT est qu'il sera adapté et discrétisé sur les bassins hydrologiques et non sur la maille carrée traditionnellement utilisée dans les SVAT intégrés aux modèles météorologiques. En effet, le calcul de la distribution de l'humidité dans les sols est dépendant de paramètres hydrologiques liés à la nature du bassin et à sa forme géographique, ce que ne traite pas la maille météorologique carrée de plus grande échelle. Le SVAT doit donc être vu comme une interface ayant la forme géométrique des bassins considérés et utilisant la physique hydrologique de ces mêmes bassins. Par conséquent, le SVAT deviendra un élément à part entière du modèle hydrologique.