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Outils de modélisation thermique et thermodynamique

Pour mieux gérer les ressources en eau et l'utilisation des milieux aquatiques par la biodiversité et par la société, et en particulier dans le contexte des changements climatiques récents et à venir, les conséquences potentielles sur les environnements lacustres imposent d’améliorer les connaissances des facteurs de contrôle et des processus déterminants de la température et des régimes thermodynamiques des plans d’eau.

Pour aborder cette lacune critique de connaissance au niveau national et pour faire progresser la recherche et les pratiques de gestion en matière de température des lacs dans le contexte des changements climatiques, la modélisation est un outil adapté mais sont utilisation par la sphère opérationnelle (agences de l’eau, parcs et réserves naturels, site Natura 2000…) et par des recherches académiques ou privées (étudiants, chercheurs, bureaux d’études…) reste en marge. Il faut donc à la fois développer des outils de traitement pour chaque type de milieu (grands et petits plans d’eau, naturels ou artificiels) et faciliter l’accès aux résultats de ces outils par de nouvelles représentations ergonomiques de l’information. Accéder de manière lisible et compréhensible aux résultats bruts et interprétés des outils de modélisation est une condition essentielle à l’implication des différents publics dans la quantification objectives des impacts du changement climatique.

Outils de modélisation utilisés au Pôle

Le Pôle ECLA développe depuis plusieurs années des briques élémentaires d’une architecture de modélisation permettant de simuler les trajectoires thermiques de plusieurs centaines de plans d’eau. Les briques de cette architecture comprennent :

i)    un modèle semi-empirique 0D Ottosson-Kettle-Prats (OKP)

Le modèle OKP publié par Prats et Danis en 2019 est le résultat d’un couplage des modèles de Ottosson et Abrahamsson (1998) et Kettle et al. (2004). Ce modèle se base sur la localisation géographique et la morphologie du plans d'eau (i.e. altitude, latitude, profondeur, surface, volume), et sur la température de l'air journalière, hebdomadaire ou mensuelle. Avec ce modèle, le Pôle a produit les trajectoires thermiques des 476 plans d'eau de métropole pour lesquels toutes les variables nécessaires sont connues et ceci afin de disposer de connaissances sur les évolutions probables des plans d'eau non suivis et des températures sur les périodes historiques non suivies, i.e. à partir de 1959. OKP a été calibré sur une base de données de température de surface Landsat également produite par le Pôle ECLA (LakeSST).

ii)    une version du modèle mécaniste 1D GLM

Le modèle GLM (Hipsey et al. 2014) a récemment permis de modéliser 188 plans d’eau DCE dans le cadre de travaux de recherche pour le développement d’un indicateur de température de l’eau pour la mise en application de la DCE (Prats et Danis, 2018). Ce travail quantifie les liens entre la température de l'eau et la qualité de l’eau, à travers le paramètre transparence.

Dans le cadre d'un marché recherche avec le bureau d'étude SEGULA, les résultats de ces deux outils de modélisation seront mis en ligne dans les mois qui viennent.

Exemples de résultats et d'outils de modèles suisses et allemands

Modélisation prédictive de la température et des courants du lac Léman par l'EPFL : http://meteolakes.ch
Les résultats de l'institut de recherche aquatique Eawag avec le modèle de lac 1D Simstrat (v2.0) appliqué à 54 lacs suisses : https://simstrat.eawag.ch/
Modèle FLake : http://www.flake.igb-berlin.de/ (lien direct "Run FLake Online" pour une utilisation en ligne)

Rapports et publications

(Auteur : Pierre-Alain Danis - Dernière mise à jour : avril 2019)