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Apport de la G´ eostatistique ` a la Mod´ elisation Hydrologique : ´ Etude de B

Apport de la G´ eostatistique ` a la Mod´ elisation Hydrologique : ´ Etude de Bassins Hydrologiques en Zone Soudano-Sah´ elienne Salif Kon´ e To cite this version: Salif Kon´ e. Apport de la G´ eostatistique ` a la Mod´ elisation Hydrologique : ´ Etude de Bassins Hydrologiques en Zone Soudano-Sah´ elienne. Hydrology. Institut Sup´ erieur de Formation et de Recherche Appliqu´ ee, ISFRA-USJPB, Bamako- Mali, 2015. French. <tel-01166018> HAL Id: tel-01166018 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01166018 Submitted on 22 Jun 2015 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entiﬁc research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ ee au d´ epˆ ot et ` a la diﬀusion de documents scientiﬁques de niveau recherche, publi´ es ou non, ´ emanant des ´ etablissements d’enseignement et de recherche fran¸ cais ou ´ etrangers, des laboratoires publics ou priv´ es. e ==================================== ==================================== THESE Pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L’INSTITUT SUPERIEUR DE FORMATION ET DE RECHERCHE APPLIQUÉE Option : Hydrologie Thème : « Apport de la Géostatistique à la Modélisation Hydrologique : Étude de Bassins Hydrologiques en Zone Soudano-Sahélienne » Présentée et Soutenue Par Salif KONÉ Le 16 Juin 2015 Devant le Jury composé de : M. Adama Tiémoko DIARRA, Maître de Conférences, ENI-ABT, DG du SOMAPEP Président M. Fatogoma BAMBA, Maître de Conférences, ENI-ABT, Bamako, Mali Directeur M. Gil MAHÉ, Directeur de Recherche, IRD/HSM, Montpellier, France Co-directeur/Examinateur M. Amadou Zanga TRAORÉ, Professeur ENI-ABT, Directeur de l’UFAE Rapporteur M. Oumar SOUMARÉ, Maître de Conférences, ENI-ABT, Bamako, Mali Rapporteur ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - MESRS REPUBLIQUE DU MALI Un Peuple - Un But - Une Foi INSTITUT SUPERIEUR DE FORMATION ET DE RECHERCHE APPLIQUÉE - ISFRA Apport de la Géostatistique à la Modélisation Hydrologique : Étude de Bassins Hydrologiques en Zone Soudano-Sahélienne Page i Siaka et Haoua Apport de la Géostatistique à la Modélisation Hydrologique : Étude de Bassins Hydrologiques en Zone Soudano-Sahélienne Page ii Ana, Koumba, Habibatou Apport de la Géostatistique à la Modélisation Hydrologique : Étude de Bassins Hydrologiques en Zone Soudano-Sahélienne Page iii Remerciements Toutes mes reconnaissances à M. Jean Emmanuel PATUREL, M. Alain DEZETTER et M. Gil MAHE pour l’initiation à la recherche qu’ils m’ont enseignée, et les aides qui ont conduits, en partie, à la définition des bases de nos travaux de recherche, depuis mon passage au laboratoire HydroSciences Montpellier (HSM). Mon plus sincère remerciement à M. Eric SERVAT, directeur de recherche de l’IRD, pour la confiance en m’acceptant dans le Master Recherche Eau et Environnement, et pour les conseils précieux qui ont conduits à l’amélioration de certaines démarches scientifiques qui sont reprises dans le présent document. Que Nathalie ROUCHÉ, Sandra ARDOIN-BARDIN, Claudine DIEULIN et Agnès CRÈS, trouvent ici mes remerciements pour m’avoir aidée lors de mon initiation, aux données et méthodes de modélisation, et l’utilisation et la programmation informatique de la plateforme de simulation Modmens de l’HSM. Mes remerciements vont à l’endroit de mon directeur de thèse M. Fatogoma BAMBA et au co-directeur/examinateur M. Gil MAHÉ dont leur dévouements et encouragements ne m’ont pas fait défaut, et leurs critiques constructives accompagnées de celles de dévoués correcteurs ont fait de ce manuscrit de thèse un document de travail en modélisation hydrologique. Mes sincères remerciements à M. Amadou Zanga TRAORE et à M. Oumar SOUMARE pour avoir accepté la charge de rapporter ces travaux. Que M. Adama Tiémoko DIARRA trouve ici mes remerciements pour avoir accepté de présidé le jury de soutenance de ce travail de mémoire. Mes pensées vont à l’endroit de mes parents, les chefs de file de mes premiers instructeurs/institutrices et des personnes dont la générosité ont fait d’un jeune homme un scientifique au service de son pays. À mon grand frère, Boubacar Koné, et à sa famille, pour leurs attentions et accompagnements sociaux tout au long de cette thèse et durant mes absences du pays. Apport de la Géostatistique à la Modélisation Hydrologique : Étude de Bassins Hydrologiques en Zone Soudano-Sahélienne Page iv Ma reconnaissance va à l’endroit de mon établissement de travail, l’ENI-ABT, dont la contribution financière a été d’un soutien plus que symbolique dans l’accomplissement de ce travail scientifique ; et aussi à l’endroit de mon établissement d’inscription et de soutenance de cette thèse, l’ISFRA, pour leur aide administrative et leur encouragement. Ma reconnaissance à l’accompagnement accordé par mes collègues du Département de Géologie, et ainsi qu’à ceux accordés par tous les autres Départements et la direction de l’ENI-ABT, est sans faille. Un grand merci à M. Djoba SACKO et à M. Daba COULIBALY pour leurs amitiés et leurs encouragements. Cette thèse a été marquée par quelques communications et formations scientifiques à travers le monde ; et ceci, grâce à divers supports financiers dont je tiens à témoigner ma gratitude et ma reconnaissance à des bonnes volontés qui ont su rendre ces supports accessibles : l’aide Australienne à travers l’AusAID successivement sous l’impulsion de SMI/UniQuest, de AfricaArray et de James Cook University ; l’aide de l’UNESCO Paris ; l’aide Américaine à travers successivement Harvard University et American Geophysical Union ; et l’appui Allemand à travers successivement l’Université d’Heidelberg et l’institut IASS m’ont permis de faire différents voyages scientifiques en Afrique du Sud, en Australie, en Éthiopie, aux USA, au Mozambique, et en Allemagne. Toute étude de modélisation hydrologique, comme celle entreprise pendant ces trois années de thèse, se base sur les données hydrologiques, hydroclimatiques, et même pédologiques. Ces données ont été tirées des centres/banques de données un peu partout dans le monde et je tiens ici à remercier pour mes accès répétés à ces données. Apport de la Géostatistique à la Modélisation Hydrologique : Étude de Bassins Hydrologiques en Zone Soudano-Sahélienne Page v Abréviations et sigles AfricaArray : une collaboration scientifique entre l’Afrique du Sud et l’Australie AGU : American Geophysical Union AusAID : Australian Aid for International Development BADC : British Atmospheric Data Center CAG24 : 24e Colloque sur la Géologie Africaine CAL. : Calibration CRU : Climatic Research Unit ENI-ABT : École Nationale d’Ingénieurs – Abderhamane Baba Touré (Mali) EQM : Erreur Quadratique Moyenne FAO : Food and Agricultural Organization GIEC : Groupe d’Experts Intergouvernemental sur l’Évolution du Climat GR2M : modèle du CEMAGREF: Génie Rural à 2 paramètres au pas de temps Mensuel HSM : HydroSciences Montpellier (Laboratoire) IASS : Institute of Advanced Sustainability Studies (Potsdam, en Allemagne) ICSU : International Council for Science IPCC : Intergovernmental Panel on Climate Change IRD : Institut de Recherche pour le Développement ISFRA : Institut Supérieur de Formation et de Recherche Appliquée (Mali) ND : modélisation/modèle Non-Distribuée (m).Modèles : une intercomparaison/compétition de m nombre de versions de modèles OMM : Organisation Mondiale de la Météorologie SD : modélisation/modèle Semi-Distribuée SIEREM : Système d’Informations Environnementales sur les Ressources en Eaux et leur Modélisation. SIMULHYD : Simulation of hydrological systems (Simulation des Systèmes Hydrologiques) SMI : Sustainable Mineral Institute (Brisbane, en Australie) SWA T: Soil and Water Assessment Tool TDE (Robustesse) : Technique du Double Échantillons UM2 : Université Montpellier 2 (France) UNESCO : United Nations Educational Scientific and Cultural Organization Apport de la Géostatistique à la Modélisation Hydrologique : Étude de Bassins Hydrologiques en Zone Soudano-Sahélienne Page vi UniQuest : une organisation australienne UVIC-ESCM : Earth System Climate Model (University of Victoria) VAL1. : Validation d’un modèle utilisant son propre jeu de paramètres calibrés VAL n AVERAGE : résultat moyenné de n validations d’un seul modèle avec n jeux différents de paramètres. WBM : Water Balance Model (modèle de bilan hydrologique) WEAP : Water Evaluation and Planning System WHC : Water Holding Capacity (capacité de rétention du Sol en Eau) Apport de la Géostatistique à la Modélisation Hydrologique : Étude de Bassins Hydrologiques en Zone Soudano-Sahélienne Page vii Abstract The studies of analysis, critics, and comparison of model versions in hydrology, started during the research in the university Montpellier 2 (Koné, 2007), contributed to the improvement of a conceptual and space-temporal model, of GR2M type (Model of the CEMAGREF - Genie Rural at 2 parameters at Monthly time step), while proposing a modification among others on the basis of geo-statistical considerations : the proposition of a weighting factor on different grids of a watershed, related to their “elementary contributions” to runoff’s discharges at the outlet of this hydro-system. The semi-distribution’s concept is to make the model input (entry) distributed as a grid whereas its output is not distributed. During this dissertation’s work at Montpellier some others proposed methodologies were tested with different versions (semi-distributed and non-distributed) of the GR2M hydrologic model, on a set of 16 watersheds as samples. Conceptual models present the advantage to be simple and close to the functioning of the hydrological system to simulate, yet, without respecting the whole physics of exchanges processes between this system’s compartments. These models are preferentially used in situations where observations data are rare or little reliable. Using these permits the production of data intended to the uploads/Science et Technologie/ kone-salif-these-juin-2015.pdf