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Reports

Plateforme de modélisation hydrogéologique nationale AQUI-FR

Résumé : Le projet Aqui-FR vise à construire un outil de suivi, de prévision et de projections de la ressource en eau souterraine en France en s’appuyant sur les modélisations hydrogéologiques régionales existantes et les outils de suivi et prévisions météorologiques existants. La première phase du projet Aqui-FR a permis de mettre en place et d’exploiter une plateforme de modélisation hydrogéologique nationale rassemblant trois modèles (codes numériques) hydrogéologiques, sur 19 applications (dont 6 bassins karstiques) couvrant 149 000 km2 et représentant 57 couches aquifères ou aquitards. Cette deuxième phase a permis de faire évoluer la plateforme, notamment par l’extension des applications (Tarn & Garonne), recalage avec les flux de la dernière version de Surfex, et évolution des pré- et post- traitements. Une étape importante a été l’évaluation des simulations sur une longue période de la ré-analyse (60 ans) qui a conduit à la publication de Vergnes et al., 2020. Cette évaluation montre que si des biais importants peuvent persister entre observations et simulations de la piézométrie, ils sont fortement réduits lorsque l’indice de piézométrie standardisé (SPLI) est utilisé. Globalement, Aqui-FR représente bien les évolutions observées. Cette analyse permet d’identifier des variabilités pluriannuelles avec des périodes de plusieurs années en hautes ou basses eaux. Un effort particulier a été mené pour évaluer la reconstitution des basses eaux et plus particulièrement des sécheresses depuis 1958 (stages masters Nalivaev, 2020; Mounier, 2021). Cette évaluation est rendue difficile par le fait que peu de piézomètres ont des longues chroniques observées. L’utilisation du SPLI est alors impossible. L’évaluation de l’occurrence de niveaux piézométriques en dessous du 1er décile sec permet de montrer une bonne adéquation entre observations et simulations sur la période de plus de 60 ans, avec cependant une tendance à sous-estimer ces périodes sèches depuis 2015. Les causes ne sont pas explicitées, mais, une mise à jour des données de prélèvements semble être un bon point de départ pour tenter d’améliorer ce biais. L’étape majeure franchie durant cette phase par Aqui-FR est l’évaluation puis le passage en mode opérationnel de prévisions saisonnières de la ressource en eau souterraine. L’évaluation sur une période prospective de 25 ans a été menée lors du post-doc de Delphine Leroux financée d’abord par la convention service climatique, puis par ce projet. L’évaluation de ces prévisions d’ensemble est réalisée en comparant les prévisions à la ré-analyse. Cette évaluation montre un fort potentiel des prévisions saisonnières, même à 6 mois d’échéance, pour les prévisions débutant en début d’année civil jusqu’à Juillet, et plus particulièrement à partir de Mars, période à laquelle la plus grande partie de la recharge des nappes a déjà eu lieu. Les scores se dégradent sensiblement lorsque les prévisions intègrent les périodes de fortes recharges, i.e. les mois de novembre à janvier. La plus-value des prévisions saisonnières météorologiques, alors réalisées par la version 6 du système de prévisions saisonnières de Météo-France est apparente, comparée à des prévisions climatiques basées sur des années historiques (prévision climatique), ainsi que comparée à des prévisions naïves considérant une persistance de l’anomalie par rapport à la normale sur les prochains mois. La capacité d’évaluer l’extension des sécheresses restituées par la ré-analyse a également été évaluée, et les scores sont bons, avec une grande majorité des membres de la prévision se situant en état de sécheresse. Ce travail a fait l’objet d’une publication en préparation, (Leroux et al., s.d.) qui n’a pu être finalisé à ce stade suite à des aléas administratifs ayant conduits à une fin prématurée du post-doc. Un effort doit être mené pour finaliser la valorisation de ce travail. Face aux résultats encourageants obtenus lors de la validation, les prévisions ont été portées en opérationnel par Météo-France, en utilisant, cette fois, les prévisions du dernier système de prévisions saisonnières (Météo-France system7). Ces prévisions sont ainsi réalisées chaque mois depuis Janvier 2020. Un site web dédié permettant d’accéder à ces prévisions a été créé, et les accès ont été transmis à une quarantaine d’acteurs de l’eau, fin 2020. Un retour d’expérience (REX) de cette première année de prévision a été réalisé (Mounier, 2021). Ce REX a réalisé une vérification des prévisions, via des comparaisons directes entre observations et prévisions des indices standardisés. Il faut souligner qu’il ne peut pas s’agir d’une validation, car les prévisions d’ensemble ne peuvent s’évaluer sur une seule année. Le REX a montré la difficulté de comparer directement les prévisions Aqui-FR avec les observations, tout d’abord du fait de la disponibilité de ces dernières. En effet, alors que l’indice standardisé d’Aqui-FR est calculé sur la même période de référence de 30 ans, cet indice est calculé sur des périodes variables et généralement plus courtes et plus récentes dans les observations. Cela tend à rendre un signal plus humide dans les observations que les simulations, et donc, les prévisions. Il est donc nécessaire, pour ces comparaisons, de recalculer les SPLI sur la même période. Les scores alors obtenus sont qualitativement cohérents avec ceux obtenus lors de la validation sur la période rétrospective, avec des meilleurs résultats sur les prévisions réalisées de Janvier à Juillet. Cependant, ces scores sont environ deux fois plus faibles. Cela est lié à la comparaison directe aux observations, la comparaison à la ré-analyse permettant de retrouver des scores équivalents lors de la vérification que de la validation rétrospective. Cela conduit à envisager qu’une méthode une adaptation statistique des prévisions basées sur un apprentissage des erreurs entre ré-analyse et observation pourrait être appliquée aux observations et ainsi améliorer sensiblement les comparaisons entre prévisions et observations. Aqui-FR a également été utilisée pour projeter l’impact du dérèglement climatique sur la ressource en eau souterraine. Un ensemble de projections climatiques issues du 5ième rapport du GIEC, régionalisées par Dayon et al., 2018, sous trois scénarios possibles d’évolution de gaz à effet de serre a été analysé. Les projections indiquent une diminution de la ressource en eau souterraine et une augmentation de l’intensité et de la durée des sécheresses en nappe et en rivière sur le domaine pour les scénarios les plus émetteurs (RCP8.5 et RCP4.5). Ces impacts sont fortement atténués avec le scénario le moins émetteur (RCP2.6).
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Contributor : Nicolas Gallois Connect in order to contact the contributor
Submitted on : Friday, December 17, 2021 - 1:32:45 PM
Last modification on : Monday, January 17, 2022 - 12:14:02 PM

Identifiers

  • HAL Id : hal-03485621, version 1

Citation

Florence Habets, Nadia Amraoui, Dominique Thiery, Jean-Pierre Vergnes, Thierry Morel, et al.. Plateforme de modélisation hydrogéologique nationale AQUI-FR. [Rapport de recherche] Office Français de la Biodiversité; Laboratoire de Géologie, ENS; BRGM; CERFACS; Géosciences Rennes; ITES; Météo-France; ARMINES / MINES ParisTech - Centre de Géosciences. 2021, pp.62. ⟨hal-03485621⟩

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