Modélisation hydrologique conceptuelle GR - Cas du bassin versant de Nsimi au Cameorun

Faculté des Sciences et Ingénierie

Science de la Planète et de l'Environnement

Master 1 Eau, Sol, Environnement

Rapport de stage

MODELISATION HYDROLOGIQUE CONCEPTUELLE GR :
CAS DU BASSIN VERSANT DE NSIMI AU CAMEROUN

Présenté par :

BWIRA Jean Paul

Dirigé par :

Mr. David LABAT

Maitre de conférence

Responsable Master 2 Surveillance et Gestion de l'Environnement

Mars 2016

Université Paul Sabatier

Master Eau, Sol, Environnement

Stage effectué au Laboratoire Géosciences Environnement Toulouse

II

Résumé

Un modèle hydrologique est un outil numérique de représentation des relations pluies-débits à l'échelle du bassin versant. Les modèles conceptuels présentent le bassin versant sous forme d'un ensemble des réservoirs interconnectés après avoir simplifier le cycle de l'eau. La modélisation présentée dans ce rapport a été fait à l'aide des modèles GR4J et GR2M.

Le but de cette étude a été de vérifier l'adéquation des modèles utilisés sur le bassin versant. Nous avons appliqué ces modèles sur le bassin versant expérimental de Nsimi au Caméroun. Les résultats de simulation sont jugés satisfaisants lorsqu'elles donnent des coefficients de Nash de plus de 75%. Les résultats obtenus avec le GR4J, nous a donné des coefficients de Nash très faibles. Suite à ces coefficients de Nash de l'ordre d'une dizaine de pourcent, nous pouvons alors dire que le bassin versant de Nsimi est inadapté au modèle GR4J. Contrairement au modèle GR4J, le modèle GR2M nous a donné des coefficients de Nash de plus de 50%, il répond mieux que GR4J mais ces résultats ne nous permettent pas encore de conclure de l'adaptation du modèle au bassin. Il sera important pour les prochaines études de procéder à un contrôle des données en amont pour juger de la qualité et de la fiabilité pour avoir des conclusions définitives sur l'adaptation du bassin aux modèles GR4J et GR2M.

Abstract

A hydrological model is a digital representation tool of rainfall-runoff relations throughout the watershed. Conceptual models represent the watershed as a set of interconnected sub-basins after the simplification of the water cycle. The hydrological modelling presented in this report was done with the GR4J and GR2M models.

The aim of this study was to check the adequacy of the above mentioned models on the experimental watershed of Nsimi in Cameroun. Modelling results are satisfactory when the they have Nash coefficients greater than 75%.

When used on our experimental watershed, the GR4J model gave a weak Nash coefficient of a 10%-magnitude, which shows that Nsimi watershed is unsuitable to GR4J model. Nevertheless GR2M model gave a greater Nash coefficient of 50%. But we can't conclude of the adaptedness of GR2M model as its Nash coefficient falls short of the cut-off of 75%.

III

Table des matières

Résumé ii

Abstract ii

Table des matières iii

Liste des figures v

Liste des tableaux v

Remerciement vi

Introduction 1

PREMIERE PARTIE : SYNTHESE BIBLIOGRAPHIQUE 3

I. LE CYCLE DE L'EAU 3

II. CONCEPT DE MODELISATION 4

II.1. TYPOLOGIE DES MODELES HYDROLOGIQUES 5

II.1.1. Les modèles conceptuels 5

II.1.2. Le modèle empirique 6

II.1.3. Le modèle statistique 7

II.1.4. Les modèles à base physique 8

II.1.5. Les modèles continus et les modèles événementiels 9

II.1.6. Les modèles linéaires 9

II.1.7. Les modèles « boite noire » 10

II.2. CHOIX DU MODELE 10

II.2.1. La problématique 10

II.2.2. La possibilité de détermination des paramètres 10

II.2.3. La possibilité de simulation 11

II.2.4. La facilité d'utilisation 11

II.3. MISE AU POINT DU MODELE 11

II.3.1. Le calage des paramètres 11

II.3.2. La validation du modèle 12

II.3.3. L'exploitation et l'interprétation 12

DEUXIEME PARTIE : MODELISATION DU BASSIN DE NSIMI 13

I. PRESENTATION DE LA ZONE D'ETUDE 13

I.1. Situation géographique 13

I.2. Contexte climatique 14

I.3. Contexte géologique 14

I.4. Hydrologie et couverture végétale 15

II. PRESENTATION DES MODELES 18

II.1. Le modèle GR4J 18

II.2. Le modèle GR2M 19

III.

iv

RESULTATS 19

III.1. Les résultats du modèle GR4J 20

III.2. Les résultats du modèle GR2M 22

IV. SYNTHESE DES RESULTATS ET DISCUSSION 23

V. CONCLUSION 25

VI. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES : 26

VI. ANNEXES 27

Les données mensuelles du bassin de Nsimi 27

V

Liste des figures

Figure 1: Répartition mondiale de l'eau douce (UNFAO, Word Ressources Institut, 2001) 1

Figure 2: Les grands réservoirs d'eau (Jacques Beauchamp, Université de Picardi, 2008) 3

Figure 4: Représentation d'un bassin versant (ALSACE NATURE, tirée sur

http://sermnon.fr/définition-d-un-bassin-versant.htm) 4

Figure 3: Le cycle de l'Eau (tirée sur Internet) 4

Figure 5: Les composants d'un modèle hydrologique (GNOUMA P., Etat de l'art : Modélisation

hydrologique et typologie de modèles, 2006) 4

Figure 6: Schéma de la structure d'un modèle conceptuel (Perrin et al.2001) 6

Figure 7.2. Carte de situation géographique de Nsimi (Jean-Loup GOEDLIN et al., Les Bassins

Versants du Centre et Sud Cameroun) 13

Figure 8.1: Situation géographique du Cameroun 13

Figure 9: Les Isohyètes (mm) interannuels du bassin de Nyong (Tirée sur le site l'ORE-BVET) 14

Figure 10: Géologie du bassin de Nyong (Tirée sur le site de l'ORE-BVET) 15

Figure 11: Evolution du débit dans le temps du bassin de Nsimi (1994-2013) 17

Figure 12: Variation des précipitations de Nsimi (1994-2013) 17

Figure 13: Structure générale du modèle GR4J, (Perrin et al., Modèles hydrologiques du Génie

Rural, 2007) 18

Figure 15: Structure générale du modèle GR2M (C. Perrin et al., 2007) 19

Figure 16: Hydrogramme unitaire du modèle GR4J (1994-2013) 21

Figure 17: Hydrogramme unitaire du modèle GR2M (1994-2013) 22

Liste des tableaux

Tableau 1: Quelques paramètres hydrologiques du bassin de Nyong 16

Tableau 2: Pluie moyenne annuelle (mm/an), ETP (mm/an), 16

Tableau 3:Résultats du modèle GR4J (1994-2013) 20

Tableau 4: Résultats du modèle GR2M (1994-2013) 22

Tableau 5: Résultats du modèle GR4J de trois années en fonction de la saison (1999, 2003, 2012)

21

Tableau 6: Résultats du modèle GR2M en fonction de la saison (1999, 2003, 2012) 23

vi

Remerciement

Au terme de ce modeste travail, je tiens à remercier d'une manière particulière mon tuteur de stage, Monsieur David LABAT, Maitre de conférence et Responsable de Master 2 Surveillance et Gestion de l'environnement à l'Université Paul Sabatier, pour avoir consacrer son temps à la réussite de ce travail. Je le remercie également pour le climat favorable de collaboration et de suivi de qualité pendant toute la période de stage.

Mes remerciements s'adressent également à Monsieur Stéphane AUDRY, Responsable du service d'observation « Bassins Expérimentaux Tropicaux », pour nous avoir fourni les données qui nous ont permis de produire ce travail.

Je ne serai pas ingrat à l'égard de mes très chers parents, pour leur soutien moral et matériel qu'ils ne cessent de me fournir chaque jour de ma vie.

Merci également à la famille du Professeur Berthollet BWIRA KABORU, Dr. Jacques SHEBEHE, Jonas MUBAWA, Pacifique KUNJIRAKWINJA, qui m'ont toujours inspiré le sens du devoir et du travail bien fait.

Je ne saurai pas finir sans remercier, mes deux camarades Corneille HOUNGUE et Adrien LAVELLE avec qui la collaboration et le climat de travail a été impeccable tout au long de ce stage.

1