Le WP2 Interface modèles – données vise à promouvoir l’utilisation des données des observatoires dans la modélisation et à renforcer la fusion données – modèles afin d’améliorer les connaissances sur le fonctionnement de la zone critique.  Le WP2 vise aussi à favoriser, par la modélisation, le dialogue et  les interactions entre les équipes de l’IR OZCAR, notamment entre « expérimentateurs » et « modélisateurs ».

Une approche multisites de la modélisation

De nombreux travaux de modélisation ont été réalisés sur les différents sites de l’IR OZCAR ce qui, combiné avec l’analyse des données, a permis d’obtenir des connaissances clés. Mais ces approches restaient très centrées sur des sites particuliers et utilisaient souvent des outils de modélisation différents.

Dans le cadre de l’IR OZCAR, il est apparu nécessaire d’utiliser une approche de modélisation multisites s’appuyant sur les données des observatoires de l’ IR OZCAR afin de favoriser une approche comparative et tenter de répondre à des « grandes » questions sur le fonctionnement général et local de la Zone Critique.

Une première étape a permis de recenser les outils de modélisation utilisés dans OZCAR et le type d’observables nécessaires/utilisés. Une synthèse a d’ailleurs été présentée à la conférence TERENO en octobre 2018.

Vers un meilleur dialogue entre données d’observation et modèles

Afin de démontrer la valeur ajoutée d’un travail de fusion données – modèles sur un ensemble d’observatoires de l’IR OZCAR, deux postdoctorants, Sylvain Kuppel (avril 2019 à janvier 2021) puis Julien Ackerer (depuis février 2021) ont été recrutés.

Après consultation des équipes intéressées par la démarche, le travail de Sylvain Kuppel s’est orienté vers la mise en œuvre du modèle écohydrologique EcH2O-iso sur quatre observatoires partageant une géologie similaire, mais des contextes climatiques et d’occupation des terres différents : les sites du Strengbach dans les Vosges (OHGE), de Kerbernez en Bretagne (AgrHys), d’Ara au Bénin (AMMA-CATCH) et Mule Hole en Inde (M-TROPICS). Cela a permis d’aborder les questions scientifiques suivantes :

• Où les plantes extraient-elles l’eau qu’elles consomment et comment cela influence-t-il les chemins de l’eau dans le bassin versant ?
• Comment les flux d’eau et les temps de résidence de l’eau dans le régolithe (la zone altérée du sol) impactent-ils le transport des éléments majeurs ?

Pour aborder la seconde question, le modèle EcH2O-Iso a été chaîné avec le modèle d’altération chimique WITCH3D.

Julien Ackerer a repris ce travail en se focalisant sur trois bassins métropolitains ayant des contextes géologiques, climatiques et d’usage du sol contrastés : les bassins de Kervidy-Naizin (AgrHys), Auradé et du Strengbach (OHGE).

Des résultats solides ont été obtenus au sein de chaque bassin versant, permettant d’expliquer les débits en rivière observés, les niveaux de nappe suivis par les piézomètres, et l’évapotranspiration mesurée au niveau des tours à flux. Les simulations ont également été contraintes par des mesures géophysiques (estimation de l’épaisseur du régolithe dans les bassins versants, i.e. matériel altéré) et des mesures satellitaires (estimation de l’état de la végétation et de l’occupation du sol). Le modèle permet aussi d’avoir accès à des variables non mesurables comme les stocks d’eau dans les différents réservoirs et leurs temps de transit. La dimension multi-sites de ce projet a révélé à quel point le fonctionnement de la zone critique est impacté par les spécificités régionales. Ces résultats ont été synthétisés dans un article soumis à Water Resources Research en juin 2023.

En 2022, un stage de Master 2 a permis le développement de la modélisation en transport réactif sur le site de Kervidy Naizin/Observatoire Aghrys avec le modèle KIRMAT.

Atelier modélisation 2023

Un atelier sur la modélisation de la zone critique, intitulé « Modélisation de la zone critique : de l’acquisition de données locales à la modélisation régionale », a été organisé les 25 et 26 mai derniers. Cet atelier a rassemblé une trentaine de personnes dont la moitié en présentiel et a permis de favoriser les échanges entre les modélisateurs des différents sites, quel que soit leur champ disciplinaire, et de discuter sur les interactions entre les échelles locales à régionales et l’échelle globale grâce aux présentations de deux modèles de surfaces continentales (modèles SURFEX et ORCHIDEE) utilisés en modélisation du climat.

Le séminaire était organisé en 4 temps : 

– une synthèse des enjeux de modélisation par discipline (hydrologie/hydrogéologie, biogéochimie, géophysique, végétation et interactions eau, énergie, carbone, transport sédimentaire et géomorphologie)
– un travail en atelier pour réfléchir à 5 questions sur lesquelles il faudrait progresser en modélisation, éléments qui viendront alimenter un article de positionnement synthétisant les enjeux de modélisation de la zone critique dans les observatoires de l’IR OZCAR
– une discussion sur le plan possible de cet article de positionnement et des figures qui pourraient venir l’illustrer
– une ouverture vers la modélisation climatique et la modélisation du système Terre avec les présentations des modèles SURFEX utilisé au CNRM et à Météo-France par Aaron Boone (CNRM) et ORCHIDEE utilisé à l’IPSL par Agnès Ducharne (METIS) pour l’hydrologie et Philippe Peylin (LSCE) pour la biogéochimie.
Grâce à ces échanges, riches et fructueux, un ensemble d’éléments pouvant venir alimenter l’article de positionnement ont été collectés.

Le programme de l’atelier : ouvrir.

Une synthèse de l’évolution du WP2 Interface données modèles est présentée dans la newsletter annuelle OZCAR. Vous pouvez retrouver les dernières évolutions dans la newsletter OZCAR 2023.