Fiche de projet de thèse ITPE 2017 (3 pages maximum

Fiche de projet de thèse ITPE 2017
(3 pages maximum)
ORGANISME : Météo-France / CNRM
Thèse
Intitulé de la thèse : Vers une meilleure représentation des lacs dans le cycle hydrologique et suivi
du bilan d'eau dans un contexte de changements climatiques.
Discipline de rattachement et spécialités : hydrologie, hydro-météorologie
Mots clés : modélisation des lacs, cycle hydrologique, changement climatique, suivi de la ressource
en eau
Structure ou laboratoire d’accueil où sera localisé le doctorant
Nom et coordonnées : CNRM UMR 3589, Météo-France & CNRS, Toulouse, France
École doctorale et établissement d’enseignement supérieur
Préciser l’école doctorale en prévision et l’établissement d’inscription :
école doctorale SDU2E Toulouse
Encadrement
Directrice/Directeur de thèse :
Dr Aaron BOONE (DHDR)
CR-CNRS
MOSAYC/GMME/CNRM, Météo-France
42 av. G Coriolis, 31057 Toulouse
[email protected], [email protected], 0561079844
Co-encadrant-e-(s) de thèse :
Mr Patrick Le Moigne
IDT Météo-France
MOSAYC/GMME/CNRM, Météo-France
42 av. G Coriolis, 31057 Toulouse
[email protected], 0561079824
Partenariat(s) éventuel(s)
Organisme(s) et localisation :
Université UCLA (Los Angeles, USA), LEGOS (Toulouse, France)
Résumé du projet de thèse
Contexte et objectifs :
Dans certaines régions du monde la densité des lacs est très élevée ce qui en fait un des acteurs
importants jouant sur les interactions entre la surface du globe et l’atmosphère. La température des
lacs est influencée à court terme par le forçage météorologique et à plus longue échéance par les
variations saisonnières de la hauteur d’eau des lacs, c’est-à-dire par leur bilan d’eau. Les échanges à
l'interface lac-atmosphère sont aujourd’hui représentés de manière simplifiée dans les modèles
météorologiques et de climat : pas de bilan d'énergie interne aux lacs, ni de bilan d'eau, la
température de surface est prescrite. L’objectif principal de cette thèse sera de concevoir un nouveau
modèle de lac pour le suivi du bilan d'eau et d’énergie dans un contexte de changements climatiques
(Boé et al., 2009). Le modèle FLake est utilisé dans la plate-forme de modélisation de surface
SURFEX (Masson et al., 2013) pour représenter les lacs dans les modèles météorologiques et de

climat de Météo-France (Le Moigne et al., 2013). Ces lacs peuvent subir de fortes variations de
hauteur d’eau et il apparaît donc nécessaire de modéliser leur bilan d’eau allant d’une simple
représentation de variation de masse à un couplage plus ambitieux avec les rivières et implicitement
avec les réservoirs souterrains. Ces développements seront intégrés dans la chaîne de modélisation
hydro-météorologique SIM de Météo-France opérationnelle sur le territoire français.
Verrous scientifiques (problèmes scientifiques que le doctorant devra résoudre) :
améliorer la compréhension du cycle de l'eau en intégrant la composante lac et son couplage
avec les autres éléments (rivières, aquifères, etc.),
améliorer la compréhension des évolutions de la ressource en eau sur les périodes passées,
étudier l'impact du changement climatique sur la ressource en eau en France.
Déroulement de la thèse :
Problématique : amélioration de la modélisation de la ressource en eau et quantification de
son évolution sous l'effet du changement climatique
Démarche de travail, méthode :
Cette thèse a comme objectifs :
de développer un bilan d'eau, c'est-à-dire de représenter l'évolution de la variation du volume
d'eau (hauteur d’eau versus superficie) des lacs,
de réaliser le couplage de ce modèle de lacs avec le schéma de surface ISBA de SURFEX qui
partitionne les précipitations en évaporation, ruissellement, infiltration et stockage d'humidité
dans le sol et la neige,
de réaliser le couplage de ce modèle de lacs avec les rivières en utilisant le modèle hydrologique
de routage TRIP (Vergnes and Decharme 2012) sur la France permettant de gérer les échanges
d'eau entre le lac et la rivière,
d'évaluer ces développements en les confrontant à des données de télédétection à l'échelle
régionale (images haute résolution visible pour étudier la variation de surface des lacs et
diagnostiquer leurs variations de volume),
d'étudier l'évolution des hauteurs et surfaces de lac et d'évaluer les effets indirects sur les autres
composantes hydrologiques comme les aquifères, l'humidité du sol, etc.,
de quantifier les effets du changement climatique, en utilisant des simulations « offline » forcées
par des scenarii haute résolution multi-modèles issus du projet international CORDEX, afin de
mieux quantifier les incertitudes.
Caractère innovant :
mettre en place un système complet qui résout le cycle hydrologique à l'échelle régionale en
intégrant à la fois l'eau des rivières, des aquifères, des lacs, du sol et de la neige,
améliorer, grâce à ce système, la compréhension des impacts du changement climatique et des
rétroactions entre les différents processus mis en jeu.
Résultats attendus :
Meilleure quantification des évolutions de la ressource en eau sur la période passée (de 1950 à nos
jours) à l'échelle de la France.
Amélioration de la modélisation du suivi hydro-météorologique opérationnel sur la France.

Meilleure quantification de l'impact du changement climatique sur l'évolution de la ressource en
eau.
Valorisation :
Ce travail peut être valorisé dans le cadre de la future mission altimétrique SWOT (Pedinotti et al.,
2014) qui donnera accès aux changements de surface et de stockage d'eau dans les lacs et les
rivières.
Il ouvre la possibilité d'envisager des travaux sur l’anthropisation grâce à une représentation plus
réaliste des différents compartiments du cycle hydrologique (prélèvement pour l'irrigation, barrages,
etc.)
Ce travail permettra d'améliorer le cycle hydrologique à l'échelle globale avec le modèle Arpege-
Climat du CNRM, en étudiant en particulier les couplages lac-atmosphère (Le Moigne et al., 2016)
et l'évolution future des stocks d'eau dans les lacs et les réservoirs.
Références bibliographiques
Boé, J., L. Terray, E. Martin, and F. Habets (2009), Projected changes in components of the hydrological
cycle in French river basins during the 21st century, Water Resour. Res., 45, W08426,
doi:10.1029/2008WR007437.
Le Moigne, P., D. Legain, F. Lagarde, M. Potes, D. Tzanos, E. Moulin, J. Barrié, R. Salgado, G. Messiaen, A.
Fiandrino, S. Donier, O. Traullé, D. Suquia and M. João Costa, 2013: Evaluation of the FLake model over a
coastal lagoon: THAUMEX field campaign. Tellus A, 65, http://dx.doi.org/10.3402/tellusa.v65i0.20951
Le Moigne, P., Colin, J., and Decharme, B., 2016 : Impact of lake surface temperatures simulated by the
FLake scheme in the CNRM-CM5 climate model. Tellus A (en révision)
Masson, V., P. Le Moigne, et al., 2013: The SURFEXv7.2 externalized platform for the simulation of Earth
surface variables and fluxes. Geosci. Model Dev., 6, 929-960, doi:10.5194/gmd-6-929-2013.
Pedinotti, V., A. Boone, S. Ricci, S. Biancamaria, and N. Mognard, 2014: Assimilation of satellite data t
optimize large scale hydrological model parameters: A case study for the SWOT mission. Hydrol. And Earth
Sys. Sci., 18, 4485-4507.
Vergnes, J.-P., and B. Decharme, 2012 : A simple groundwater scheme in the TRIP river routing model :
global off-line evaluation against GRACE terrestrial water storage estimates and observed river discharges.
Hydrology and Earth System Science, 16(10), 3889-3908. DOI: 10.5194/hess-16-3889-2012
Insertion professionnelle potentielle
CEREMA, DREAL - environnement et risques hydrométéorologiques
Fiche à retourner le 24 juin 2016 au plus tard à l’adresse courriel :
[e-mail]