État de l’Art sur la Modélisation des échanges nappe-rivière.

DOI
https://doi.org/10.26047/PIREN.rapp.ann.2012.vol09

Les eaux surfaciques et souterraines ont fait historiquement l’objet d’études séparées (Brunke and Gonser, 1997; Dawson, 2008; Kalbus et al., 2006). L’émergence d’une vision systémique du cycle de l’eau a fait émerger le concept d’hydrosystème (Dacharry, 1993; Dooge, 1968; Kurtulus et al., 2011; Flipo et al., 2012). L’hydrosystème constitue un continuum hydrique dans lequel sont regroupés, eu égard aux ordres de grandeur significativement différents des temps de transfert de l’eau (Blöschl and Sivapalan, 1995), des composantes de stockage dans lesquelles les eaux s’écoulent lentement (e.g., les aquifères), et des composantes conductives où de grandes quantités d’eau s’écoulent rapidement (e.g., les eaux de surface). Les hydrosystèmes continentaux peuvent donc être conceptualisés par différents compartiments présentant des cinétiques et phénoménologies distinctes. Les deux compartiments principaux sont le domaine de surface et le domaine souterrain qui sont reliés par des interfaces constituées de cascades d’objets emboîtés (Fig. 1). Par exemple l’interface nappe-rivière est souvent constituée, à l’échelle régionale, par une plaine alluviale, alors qu’à l’échelle de la plaine alluviale, cette interface est constituée par la zone riparienne, au sein de laquelle l’interface nappe-rivière est constituée par la zone hyporhéique (ZH), et ainsi de suite jusqu’à l’interface eau-benthos (Flipo, 2012). Les flux entre compartiments de l’hydrosystème se trouvent donc connectés via des interfaces communes dont la représentation varie en fonction de l’échelle d’analyse. Elles n’en demeurent pas moins très structurantes pour la modélisation des flux : une interface nappe-rivière demeurant une interface nappe-rivière quelle que soit l’échelle. Cette vision de l’hydrosystème structuré autour de ses interfaces est, de plus, en accord avec les classifications hydro-bio-géologiques actuelles des paysages (Bertrand et al., 2012; Dahl et al., 2007). La modélisation des échanges nappe-rivière a évolué rapidement au cours des dernières années, permettant d’aborder l’interface nappe-rivière comme un seul continuum (Jones et al., 2006, 2008; Kollet and Maxwell, 2006; Panday and Huyakorn, 2004; VanderKwaak and Loague, 2001; Werner et al., 2006). Ainsi, les modèles hydro(géo)logiques couplés capables de simuler les interactions nappe-rivière sont de plus en plus utilisés pour mener des études interdisciplinaires en sciences hydrologiques (Ebel et al., 2009). Ils ont permis de mieux comprendre certains problèmes scientifiques qui étaient difficiles à quantifier par les méthodes expérimentales classiques (Loague et al., 2006). Ce rapport a pour objectif de développer un cadre conceptuel de modélisation de ces interfaces à différentes échelles et de faire le point sur les techniques de modélisation ad hoc.