[PGRN] [Programme de recherche départemental]

Projet CG38 - PGRN piloté par le LTHE
Titre du projet

Etude de la variabilité spatiale de la fonte du manteau neigeux par prises de vue aériennes et terrestres sur le bassin versant de Sarennes
Type d'aléa
 Projet transversal, commun à plusieurs risques
Année

1998
Mots-clés
 Fonte nivale - Variabilité spatiale de l’enneigement - Lame d’eau - Simulation - Traitement d’images
Champs disciplinaires
 Hydrologie, nivologie, télédétection


1) Organismes et auteurs

Organisme pilote
 LTHE
Organisme(s) associé(s)
 Météo-France CEN / EDF
Coordonnateur
 Charles OBLED
Participants
 Katia DUROT ; Mémoire Maîtrise Olivier MANSE


2) Contexte du projet

Site(s) d'étude
Bassin versant de Sarennes
Contexte de l'étude
 L’étude de la variabilité spatiale du manteau neigeux sur le bassin versant de Sarennes s’inscrit dans l’étude du mécanisme de génération des crues nivo-pluviales sur des bassins alpins de moyenne montagne.

Pour ce projet, est utilisé un modèle hydrologique (TOPMODEL, développé par l’Université de Lancaster et le LTHE-Grenoble) qui transforme les lames d’eau de fusion, ou les pluies, en débit à l’exutoire du bassin. Mais il faut alimenter ce modèle en données d’entrée sur le manteau neigeux : hauteur, contenu en eau, stock de froid, albedo de la surface, etc., et bien sûr, lame d’eau disponible pour l’écoulement à la base du manteau.

Pour cela, est utilisée la chaîne SAFRAN-CROCUS (développée par le CEN-CNRM Météo-France). Le volet SAFRAN assimile sur l’ensemble des Alpes les données du réseau nivo-météorologique au sol, mais aussi des données ou des sorties de modèles météorologiques en altitude (dans l’atmosphère). Il vise à donner une image différenciée selon les massifs, les altitudes et les versants, de l’état du manteau et des variables qui modifient son état ou provoquent de la fusion. Le volet CROCUS, pour chacune de ces « facettes » (massif, altitude, exposition) modélise le manteau neigeux, et calcule les lames d’eau de fonte potentiellement disponibles pour les écoulements. Ce sont elles qu’utilise le modèle hydrologique pour simuler les débits du bassin versant de Sarennes.
Programme plus vaste
 Programme PNRN
Initiation du projet
 Projet initié par le PGRN
Montant du financement (k€)
 7,622 k€ (50 kF ; 30% de la thèse)
Part du CG38 - PGRN
 100 %
(Co)-Financements
 *
Appréciation du rôle du financement CG38 - PGRN
 Achat d’un (des premiers) appareils photo numérique.


3) Objectifs, méthodes et résultats

Objectifs
 Améliorer les simulations de débits en validant mieux les résultats proposés par la chaîne SAFRAN-CROCUS, et en caractérisant la variabilité réelle de la couverture de neige :

- Comparer l’état du manteau de neige « vu par SAFRAN-CROCUS » avec son état « in situ ».

- Caractériser ce que l’on observe sur certaines zones du bassin, comme la présence quasi permanente d’affleurements rocheux ou l’apparition de surfaces de sol déneigé sous forme de tâches ou de « patchwork ».
Méthodologie
 Suivi, au cours de 2 campagnes photographiques en période de fonte nivale, de l’évolution de la superficie du couvert neigeux (en laissant de côté des variables peu accessibles à la télédétection comme l’épaisseur ou l’équivalent en eau) à partir de photographies terrestres permettant d’étudier la variabilité spatiale du manteau sur le bassin et de valider la répartition de l’enneigement estimé par SAFRAN-CROCUS.

Test de la méthode sur 15% de la surface du bassin au cours de la première campagne et élaboration d’un premier programme de traitement d’images (stage de DEA de N. Vergnolle). Extension et raffinement de l’analyse à 33% de la surface du bassin, et amélioration de l’algorithme de traitement d’images (stage de Maîtrise de physique d’O. Manse) : projection sur chaque image d’un quadrillage issu d’un MNT, déformé à la fois par la forme du relief, mais aussi par le fait que la photo est prise de manière oblique.

Méthode : Projection du MNT sur les images, analyse automatique de l’enneigement des photos (passant par une étude minutieuse de la couleur des zones enneigées à l’écran), cartographie de l’enneigement réel provenant de l’analyse des photographies, et comparaison avec la répartition de l’enneigement « supposé » calculé par SAFRAN-CROCUS sur le bassin pour chaque journée de prise de vue.
Résultats
 Amélioration de la projection du MNT sur les images.

Développement d’une analyse automatique de l’enneigement des photos, plus rapide et plus objective qu’un traitement manuel.

Quantification des différences d’enneigement entre le modèle et la réalité, qui varient entre 10 et 50% de la surface étudiée (couvrant 33% de la surface du bassin).

Identification des zones concernées par une sous-estimation du modèle (secteurs de pistes de skis de la station de l’Alpe d’Huez, où le damage et les canons à neige ont modifié l’état de la couche de neige réelle, et maintiennent un manteau que le modèle voit comme déjà fondu) ou par une sur-estimation (principalement la face ouest de la chaîne de l’Herpie où le relief est accidenté, présentant une répartition très hétérogène de l’enneigement, fortement liée aux effets de relief et à la redistribution de la neige par le vent, provoquant un décalge quasi systématique entre les débits observés et ceux simulés à partir de la lame d’eau calculée par SAFRAN-CROCUS).

Remise en question de la gestion du manteau neigeux par SAFRAN-CROCUS sur certains secteurs du bassin versant


4) Débouchés du projet

Utilisateurs finaux potentiels
 Chercheurs en hydrologie / hydrométéorologie (LTHE, etc.)
Production scientifique
 - Méthodologie innovante
- Production de connaissances locales / régionales
- Production de connaissances pratiques / opérationnelles
Produits délivrables
  
Partenariats

???

- Préexistant
- Initié par ce projet
- Qui se poursuit
Retombées du projet
 Perspectives : Envisager une étude globale du bassin versant qui nécessiterait et justifierait cette fois des photographies aériennes couvrant la totalité du bassin.


5) Valorisation du projet

Publications et communications
- O. MANSE, 1999, Traitement d’images appliqué au suivi de la fonte nivale. Mémoire de Maîtrise de physique recherche, sous la direction de Charles Obled et Katia Durot, Université Joseph Fourier – LTHE, 33p.

- DUROT K., G.M. SAULNIER, Ch. OBLED, 1998. Adaptation of TOPMODEL to snow and glacier melt data on a french alpine catchment: first results. British Hydrological Society Internat. Conf. "Hydrology in a changing environment", Exeter/UK, (Juillet 98), Proceedings ed. by H. Wheater & C. Kirby, Volume III, P. 21-32, J.Wiley & sons Ltd editor.

- K. DUROT (1999) Modélisation hydrologique distribuée du bassin versant nivo-pluvial de Sarennes. Validation des données d’entrée et développement d’un module de fonte nivale sous forêt. Thèse de Doctorat de l'INPG - Octobre 1999.

- K. DUROT, Ch. OBLED, G.-M. SAULNIER, and I.ZIN 2002, Different descriptions of snowmelt spatial variability and their influences on discharge simulations through adapted versions of TOPMODEL. Proceedings of International workshop on “Snow Hydrology in Mediterranean Regions” - Beirut – Lebanon - 16-17th December 2002 – 25p. published by IAHS.
Pages Web
 Campagne photographique du BV de Sarennes : http://www.lthe.hmg.inpg.fr/~durot/Sarennes.html

 
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