Télédétection du manteau neigeux et modélisation de la contribution des eaux de fonte des neiges aux débits des oueds du haut atlas de Marrakech

V.2 Accumulation du manteau neigeux

V.2.1 Estimation de la densité et l'équivalent en eau de la neige

L'équivalent en eau du manteau neigeux (Snow Water Equivalent, SWE) est l'une des propriétés de la neige les plus importantes pour les hydrologues. SWE représente la quantité d'eau liquide du manteau neigeux que produirait la fonte complète de ce dernier. Cette grandeur (SWE) peut être mesurée directement ou à partir des hauteurs et des densités de neige. Autant la mesure de la hauteur de neige est aisée, autant les mesures de densité et de SWE sont plus complexes à mettre en oeuvre. Dans cette étude, le SWE a été calculé à la base des épaisseurs de neige mesurées régulièrement par la station automatique d'Oukaimden à un pas de temps semi horaire et les densités calculées au même intervalle de temps. Ces dernières sont simulées à l'aide du modèle empirique de Verseghy (1991) ( Équation ýV ).

La neige fraîche se tasse et se transforme sous l'effet de divers processus (Sommerfeld et LaChapelle, 1970), ce qui entraîne une augmentation graduelle de la densité avec le temps. Des mesures in situ ont permis à Verseghy (1991) d'établir une loi exponentielle décrivant le compactage global du manteau ( Équation ýV ):

Équation ýV-

Où est la densité, () est la valeur asymptotique de la densité due au vieillissement, et / le temps caractéristique (0.24/4800 s^-1). La densité moyenne maximale utilisée par Verseghy ne peut pas excéder, elle est fixée originellement à 300 kg-m-3. Cette densité est appropriée pour la plupart des types de terrain et de végétation.

Après chaque chute de neige, la densité moyenne du manteau est calculée à partir d'une pondération de masse de la densité du manteau neigeux précédent et de celle de la nouvelle neige. Cette dernière est simulée à l'aide de la formule de (Pomeroy et al., 1998), elle est liée à la température de l'air par l' Équation ýV . Quand la température est au-dessus de 0 °C, la densité est augmentée de 0,5 kg/m³/°C/h pour tenir compte de l'augmentation de densité résultant de l'infiltration de l'eau de fonte dans le manteau neigeux et de la recongélation de cette eau. Si la densité est supérieure à, l'algorithme de vieillissement de la neige n'est pas utilisé, mais la densité peut quand même augmenter ou diminuer s'il y a d'autres épisodes de fonte ou de chute de neige. La densité est toutefois limitée à une valeur maximale de 450 kg/m^-3, valeur obtenue à partir des mesures de terrain.

Équation ýV-

Où T_a est la température de l'air en °C.

Le SWE est calculé chaque demi-heure comme le produit de la densité calculée ( Équation ýV et Équation ýV ) et de la hauteur de neige mesurée dans la station d'Oukaimden ( Équation ýV ).

Équation ýV-

Les graphes de la Figure ýV illustrent la variation temporelle des densités simulées et des équivalents en eau reconstitués pour l'année 2007/2008. Les valeurs calculées sont comparées avec celles obtenues lors des campagnes de mesures effectuées pendant la même année. Globalement les variations temporelles des densités et des équivalents en eau simulés sont proches de ceux mesurés in situ et suivent les mêmes variations temporelles. Les densités mesurées et observées ont une corrélation moyenne (R²=0.32) et une erreur quadratique moyenne (RMSE) de l'ordre de 41 kg/m³, ce qui correspond à une erreur de 9%. Les équivalents en eau simulés et mesurés sont fortement corrélés (R²=0.72) et montrent une erreur quadratique moyenne de 40 mm soit une erreur de 13% ( Figure ýV ). Ce décalage entre les valeurs des équivalents en eau mesurés en chaque point de mesure (voir § Données ) et estimées à la station peut être expliqué par les erreurs de mesure de hauteurs de neige par la sonde lors des périodes de vent violent qui déplacent la neige et ont tendance à l'accumuler près du grillage qui entoure la station, créant ainsi un artefact de mesure. Lors de la période de fonte, l'effet d'abri des mats de la station peut également expliquer cette différence. L'hétérogénéité de la couverture neigeuse en fin de saison, évaluée à partir des points de mesure, explique également cette différence: la neige a tendance à s'accumuler vers les bas fonds plutôt que les crêtes.

Figure ýV- : densités et équivalents en eau reconstitués en temps continue au niveau de la station d'Oukaimden comparés à des points de mesures moyennes (OBS MOY), maximales (OBS MAX) et minimales (OBS MIN) obtenues en 2007/2008.

Après la validation de cette méthodologie de calcul des densités et des équivalents en eau de neige dans la station de l'Oukaimden sur l'année 2007/2008, le calcul est ensuite généralisé pour les autres saisons 2003/2004, 2004/2005 et 2005/2006. Le Tableau ýV résume les principales caractéristiques du manteau neigeux dans la station de l'Oukaimden lors des ces dernières saisons. Ce tableau montre clairement la variabilité saisonnière des caractéristiques du manteau neigeux. Les dates de début de l'enneigement varient de mi-novembre au 20 décembre et la fin de saison varie entre 10 avril (en 2005) et le 15 mai (en 2003). Cela constitue une période d'enneigement moyenne variant de 136 à 183 jours. L'épaisseur moyenne de la neige dans la station atteint des maxima saisonniers variant de 70 cm, le 10/03/2005 à 122 cm, le 16/03/2006. Les équivalents en eau sont aussi très variables, les valeurs maximales varient de 224 à 380 mm.

Figure ýV- : les valeurs des densités et des équivalents en eau estimés versus observés en 2007/2008.

Tableau ýV- : Caractéristiques du manteau neigeux à Oukaimden pour les quatre saisons d'étude.