Bilan LTHE 2005 à 2009 - Laboratoire d`étude des Transferts en

 Centre National de la Recherche Scientifique Institut National Polytechnique‐Grenoble Institut de Recherche pour le Développement Université Joseph Fourier‐Grenoble I Laboratoire d’étude des Transferts en Hydrologie et Environnement L T H E
RAPPORT DE BILAN 2005‐2009 Directeurs : Jean‐Dominique CREUTIN (2005‐2007) puis Thierry LEBEL Directeurs adjoints : Jean‐Paul LAURENT Patrick PIERSON 1025, rue de la Piscine ‐ Domaine Universitaire ‐ BP 53 ‐ 38041 Grenoble Cedex 9 Tél : 33 (0) 4 76 82 50 00 ‐ Fax 33 (0) 4 76 82 52 86 ‐ E‐mel : direction‐[email protected] AVANT PROPOS Le Laboratoire d’étude des Transferts en Hydrologie et Environnement (LTHE) est une Unité Mixte de
Recherche quadripartite du Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), de Grenoble INP, (G-INP), de
l’Institut de Recherche pour le Développement (IRD) et de l’Université Joseph Fourier – Grenoble I (UJF)
depuis le 1er janvier 2001 (UMR 55641).
L’identité du LTHE, créé en 1992, est maintenant bien assise, tant au plan national que régional et le laboratoire
est connu internationalement au travers de ses publications, et de sa contribution à des grands projets
internationaux emblématiques pour la communauté des surfaces continentales et de l’hydrologie.
Depuis sa création, et avec des évolutions en phase avec les avancées dans nos domaines et l’apparition de
nouvelles problématiques de recherche, le LTHE a axé ses activités sur l’étude du cycle de l’eau, en interaction
avec différents types d’environnement, depuis les échelles très larges des systèmes climatiques régionaux
jusqu’à celles, plus confinées, de milieux très particuliers tels que les agrosystèmes ou les zones de stockage de
déchets. Le positionnement du laboratoire est donc résolument au carrefour de plusieurs disciplines à travers un
fil conducteur qui est le cycle de l’eau, étudié sur une large gamme d’échelles par des approches à la fois
expérimentales, théoriques et de modélisation. Nos recherches s’appuient sur le triptyque développements
instrumentaux - campagnes de mesure - modélisation. La période 2005 - mi 2009, couverte par ce rapport
quadriennal a vu se renforcer deux thématiques : i) changements globaux et régionaux qui modifient les
systèmes naturels ; ii) biologie et génie de l’environnement.
Au cours des deux années écoulées, des changements importants se sont amorcés chez nos tutelles. Au plan
régional, les discussions pour la création d’une Université Grenobloise unique ont connu des hauts et des bas,
mais l’élaboration du plan campus a fait émerger un pôle Environnement et Développement Durable, commun à
G-INP et à l’UJF et potentiellement très structurant pour nos activités dans le futur. Le laboratoire s’inscrit donc
résolument dans cette construction qui se décline en de nouvelles composantes, tant à G-INP où elles sont en
place (école E3 et pôle recherche « Environnement »), qu’à l’UJF, où elles sont à venir, leurs contours exacts
étant encore à l’étude : actuellement le LTHE est rattaché à l’OSUG – tout en conservant des attaches avec
l’UFR de mécanique – et au pôle recherche TUNES. De manière cohérente avec ce positionnement local, le
laboratoire est, au plan national, rattaché à l’INSU qui hérite pleinement des attributs du département PU du
CNRS en sus de ses missions déjà existantes d’Institut National ; nous sommes également soutenus par le nouvel
Institut Ecologie et Environnement (InEE) du CNRS. A l’IRD, nous dépendons du département DME.
Le laboratoire maintient des liens durables avec des institutions et laboratoires de nombreux pays en Afrique, en
Amérique et en Asie. Ces collaborations impliquent les chercheurs et enseignants-chercheurs de nos quatre
tutelles, dont plusieurs ont effectué, au cours de ces quatre dernières années, des séjours de longue durée
(souvent supérieurs à un an) dans des laboratoires étrangers. Les chercheurs du laboratoire sont aussi très
présents dans les instances régionales – par le biais de notre contribution au fonctionnement de différentes
structures universitaires – et nationales – que ce soit au sein des comités d’évaluation et commissions
scientifiques des EPST ou des comités de programme nationaux (dont ceux de l’ANR).
Un fait marquant de ces dernières années a été de desserrer l’étau insupportable que faisait peser sur le
laboratoire, le manque de surfaces expérimentales et de bureaux en rapport avec nos effectifs et nos activités.
Ceci a été obtenu grâce au montage d’un projet CPER consistant et au prix de l’éclatement provisoire sur 4 sites
du campus et de l’installation dans des bâtiments anciens dont il a fallu subir la rénovation après y être rentré.
Nous entrevoyons qu’au cours du prochain quadriennal l’ensemble du laboratoire puisse à nouveau être regroupé
sur un même site, grâce à la construction d’un bâtiment neuf.
La première partie du quadriennal couvert par ce rapport s’est déroulée sous la direction de Jean-Dominique
Creutin, qui a laissé la place à Thierry Lebel au 1er janvier 2008, comme cela était prévu. Jean-Paul Laurent et
Patrick Pierson ont succédé à Michel Esteves et Jean-Paul Gaudet comme Directeurs-Adjoints le 1er janvier
2007, ce qui a permis d’assurer un bon biseau entre les deux équipes de direction.
1 La création de l’UMR5564 tripartite CNRS – INPG – UJF date du 1er janvier 1995. Préalablement (depuis sa création le 1er janvier 1992), le Laboratoire était une unité relevant de l’INPG et de l’UJF et associée au CNRS (URA1512). A l’IRD, le LTHE est répertorié en interne comme UR 012 depuis le 1er janvier 2001, date à laquelle il est également devenu une UMR quadripartite. Les liens officiels avec l’IRD (ORSTOM à l’époque) remontent cependant au 1er janvier 1997, sous forme d’Unité Associée. SOMMAIRE I ‐ LES ELEMENTS ESSENTIELS POSITIONNEMENT SCIENTIFIQUE ET ENJEUX DE LA PERIODE 2005‐2008...................... 1 LES EFFECTIFS ET L’ORGANISATION DU LABORATOIRE.................................................... 2 LA PRODUCTION SCIENTIFIQUE .................................................................................................. 6 LES ACTIVITES DE FORMATION ACADEMIQUE ..................................................................... 8 VALORISATION ECONOMIQUE ET DIFFUSION DES SAVOIRS.......................................... 10 LES COLLABORATIONS NATIONALES ET INTERNATIONALES ........................................ 11 LA VIE DU LABORATOIRE ............................................................................................................... 13 LE BUDGET ............................................................................................................................................ 15 II ‐ AXES DE RECHERCHE ET CONTRIBUTIONS DES EQUIPES LES GRANDS AXES DE RECHERCHE ET LEUR STRUCTURATION ..................................... 17 ATMOSPHERE ET SYSTEMES PRECIPITANTS (ASP) ............................................................... 19 INTERFACE ET BILANS SPATIALISES (IBIS) .............................................................................. 25 HYDROGEOPHYSIQUE (HGP) ......................................................................................................... 31 RIVIERE, EROSION, CONTAMINANTS (RIVER)........................................................................ 37 TRANSFERTS COUPLES EN MILIEUX POREUX HETEROGENES (TRANSPORE) ............. 43 CLIMAT, EAU, RESSOURCES: VARIABILITE et IMPACTS NIVO‐GLACIAIRES (CERVIN) 49 III ‐ STRUCTURES TRANSVERSALES LES SYSTEMES D’OBSERVATION.................................................................................................. 55 LES PLATEAUX ENVIRHONALP ..................................................................................................... 59 IV ‐ ELEMENTS DE BILAN STRATEGIE ET RESULTATS SCIENTIFIQUES ............................................................................ 63 ACTIVITES TECHNIQUES................................................................................................................. 67 ADMINISTRATION ET LOGISTIQUE............................................................................................ 67 ANNEXES ANNEXE I: LISTE DES SIGLES.......................................................................................................... A1 ANNEXE II: LISTE DES COLLABORATIONS INTERNATIONALES ...................................... A2 ANNEXE III: LISTE DES ARTICLES REFERENCES DANS ISI WEB OF KNOWLEDGE ...... A3 NB : i) la liste des publications référencées ISI pour 2005‐2009 est aussi consultable sous forme d’un rapport documentaire indépendant, téléchargeable à l’adresse http://ltheln21.hmg.inpg.fr/LTHE/spip.php?article498 ; ii) les principaux résultats scientifiques des équipes, présentés succinctement dans le rapport principal, sont détaillés dans un volume indépendant de 73 encadrés, téléchargeable à la même adresse http://ltheln21.hmg.inpg.fr/LTHE/spip.php?article498. I. LES ELEMENTS ESSENTIELS DU BILAN 1
Positionnement scientifique et enjeux de la période 2005‐2008 Deux défis scientifiques majeurs constituent le socle des recherches menées au LTHE. Le premier est lié à l’impact des changements climatiques et d’usage des sols sur le cycle de l’eau, et réciproquement du rôle joué par le cycle de l’eau dans ces changements qui concernent une vaste gamme d’échelles allant du global au local. La réflexion sur les échelles qui contrôlent les transferts de matière et d’énergie entre les différents compartiments du cycle hydrologique est donc capitale pour étudier les effets des changements de forçage et d’état des systèmes hydrologiques sur les processus et leurs conséquences en termes d’aléas, de risques. Il s’agit d’un thème d’étude central au LTHE. La deuxième perturbation majeure du cycle de l’eau à laquelle nous assistons concerne sa qualité. L’eau est un vecteur susceptible de transporter loin de leur source d’émission les pollutions de différentes origines accumulées dans les sols. La dégradation de la couverture végétale résultant de la pression de l’homme sur son environnement, peut en outre modifier profondément et durablement les fonctions de transfert de ces pollutions. Les sols sont aussi utilisés pour stocker des déchets ménagers et industriels en milieu confiné. L’étude des transferts réactifs dans les sols répond donc à des préoccupations environnementales majeures et constitue un autre thème de recherche structurant pour le LTHE. En participant activement à la coordination de programmes internationaux de grande ampleur sur le couplage entre le climat et le cycle hydrologique, et en s’impliquant dans les programmes régionaux centrés sur les questions environnementales, le LTHE contribue à l’avancée des connaissances sur ces deux grandes questions complexes, à leur mise en forme théorique et à leur utilisation aval. Pour cela, nous associons expérimentation, observation et modélisation. Les expérimentations en laboratoire servent à mieux comprendre les processus en contrôlant ou limitant leurs interactions. L’observation des milieux naturels en est le complément indispensable. Dans la nature, les interactions entre processus élémentaires sont nombreuses et difficilement observables en tant que telles. Souvent, seuls leurs effets peuvent être induits à partir d’observations globales obtenues grâce à des dispositifs fonctionnant sur des durées longues afin de documenter aussi bien les états d’équilibre plus ou moins stables que les états transitoires. La modélisation enfin permet d’intégrer ces différentes sources de données, obtenues à des échelles très variées, pour comprendre les transferts d’échelle et le rôle des discontinuités spatiales et temporelles. Un laboratoire est une communauté humaine évolutive qui doit gérer des dossiers scientifiques, techniques, logistiques et administratifs, en se fixant des objectifs réalistes. Dans le domaine scientifique, notre objectif premier a été de maintenir une recherche de qualité à forte visibilité régionale, nationale et internationale sur les thématiques historiques du laboratoire, à savoir l’hydrométéorologie et la physique des transferts en milieu poreux. D’autre part, le périmètre thématique du LTHE s’est considérablement élargi depuis 4 ans, du fait des intégrations successives d’une équipe de géophysique de l’IRD en janvier 2005, d’une équipe UJF spécialisée en géosynthétiques et déchets en janvier 2007, et enfin, en janvier 2009, d’une autre équipe IRD travaillant sur les glaciers tropicaux et leurs ressources hydrologiques. Réussir ces intégrations en maintenant la cohérence scientifique et humaine du laboratoire a été une priorité forte des deux directeurs qui se sont succédés au cours de ces 4 années. Dans le domaine technique, le laboratoire a maintenu une politique volontariste de développements instrumentaux, nécessaires pour observer des transferts multi‐composants dans des milieux hétérogènes et complexes. Il a joué un rôle central dans la mise en œuvre des grandes campagnes scientifiques internationales AMMA, et des observations menées au sein de plusieurs ORE/SO. Il a également joué un rôle pilote dans le démarrage de plusieurs plateaux régionaux Envirhônalp. Enfin, dans le domaine logistique, le laboratoire devait impérativement trouver une issue au confinement où il avait été progressivement réduit du fait de l’augmentation régulière de ses effectifs et de ses besoins de surfaces expérimentales au cours des 8 années précédentes. Avec l’appui de ses tutelles, le LTHE a, depuis 2006, pratiquement doublé la surface utile de ses locaux, ce qui lui a permis d’accueillir les équipements lui permettant de développer ses recherches basées sur des expérimentations de laboratoire. LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐1‐ 2
Les effectifs et l’organisation du laboratoire Au 1er juillet 2009, le LTHE compte 69 permanents, épaulés par 4 personnels techniques en CDD longue durée (2 au pôle gestion‐secrétariat et 2 au pôle expérimentation), dont trois sont positionnés sur des supports de titulaires en disponibilité longue mais dont les postes n’ont pas encore été ouverts à remplacement, des assurances ayant cependant été données en ce sens par les tutelles concernées. Au 1er janvier 2005, l’effectif global était de 63 permanents, il a donc augmenté de 6 unités – ou 10% (9 unités, ou 14%, si on prend en compte les trois supports en disponibilité longue qui étaient pourvus à l’époque). Cette augmentation significative a été associée par ailleurs à des mouvements deux fois plus importants, puisque que nous avons connu 16 départs (et donc 25 arrivées en comptabilisant les 3 CDDs rentrés pour suppléer aux disponibilités longue durée). Ces départs ont été liés à des causes parfois heureuses (promotion ou mobilités souhaitées vers un autre laboratoire), mais parfois hélas particulièrement malheureuses, tel le décès de notre collègue Henri Laurent, auquel ce rapport est dédié. Nous avons également connu des départs à la retraite. Au total ce sont 6 chercheurs et 3 enseignants‐chercheurs qui nous ont quitté, tandis que 6 chercheurs et 9 enseignants‐chercheurs nous ont rejoint, soit par recrutement, soit par mobilité. En ce qui concerne les ITAs, nous avons enregistré 7 départs dus soit à des mobilités internes au CNRS, soit à des retraites, soit enfin à des disponibilités longue durée pour suivre leur conjoint. Trois de ces départs, liés à des demandes de disponibilité longue durée, n’ont pas encore été compensés, mais nous avons eu la grande satisfaction de recruter par ailleurs trois nouveaux ITAs pour nos pôles développement instrumental (un IE en création IRD et une mobilité Noémie AI CNRS) et expérimentations de laboratoire (un AI en création CNRS) ; l’effectif ITA‐permanents est donc constant mais le ratio ITA/(C+EC) est tombé de 0,62 à 0,53. Si les 3 postes de titulaires venaient à être pourvus par des permanents – et non par des CDDs comme ils le sont actuellement – le ratio serait à peu près inchangé à 0,6. En résumé, la situation au 1er Janvier 2009est donc la suivante : PERSONNEL PERMANENT : 72 (incluant 3 CDD sur supports de titulaires en disponibilité) EC: 18 ; C: 27, soit un total de 45* /// IT: 21 ; A: 3, soit un total de 24 et un ratio (ITA) / (C+EC) = 0,53 PERSONNEL NON PERMANENT : Doctorants : 34 /// Post‐docs : 2 /// CDDs : 5 EFFECTIF TOTAL (hors masters et séjour courte durée) : 113 * Parmi les 21 IT, 2 IR exercent une activité de recherche à plein temps, ce qui porte à 47 l’effectif des équipes de recherche Tableau I.1. Bilan des effectifs et des mouvements de personnel par catégorie sur la période 1er janvier 2005 – 30 juin 2009. Cherch. Effectif 1/01/05 Effectif 30/06/09 Entrants Sortants Solde 27
27
6
6
0
Ens.‐
IT A IT CDD sur A CDD sur TOTAL
Cherch titulaire Titulaire poste titulaire poste titulaire 12
18
9
3
6
20
21
5
4
1
4
3
2
3
-1
2
2
1
1
2
1
63
72
25
16
9
La répartition des effectifs du laboratoire par tutelle est illustrée par les graphiques de la Figure I.1. On remarque une composition équilibrée en trois tiers, avec 26 permanents IRD (+ 2 postes de titulaires à LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐2‐ pourvoir), 23 permanents universitaires (UJF + G‐INP) et 20 permanents CNRS (+ 1 poste de titulaire à pourvoir). La répartition au niveau des ITAs est beaucoup moins équilibrée puisque nous ne disposons d’aucun IATOS G‐INP et de seulement 5 IATOS UJF, soit 20% de l’effectif de cette catégorie de personnel, alors que les tutelles universitaires représentent 40 % de l’effectif chercheurs + enseignants‐chercheurs (18 sur un total de 45). Effectifs ITA Permanents LTHE 2009: 24
Effectifs Permanents LTHE 2009: 69
20
5
4
9
19
10
26
CNRS
IRD
UJF
CNRS
IRD
UJF
G-INP
Figure I.1. Répartition des effectifs par tutelle. Les pyramides d’âge des personnels EPST et Universitaires sont très dissemblables. La pyramide EPST présente un mode marqué mais étalé uniformément sur la tranche d’âge 35‐55 ans ; La pyramide Université présente un mode de jeunes recrutés et un mode étalé sur la tranche 51‐65 ans. Graphique pyramide d’âge Universités (23) Graphique pyramide d’âge EPST (46) 8
Nombre
8
Chercheurs
ITA
7
Nombre
Ens-Cherch.
IATOS
7
6
6
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
0
0
26/30 31/35 36/40 41/45 46/50 51/55 56/60 61/65 66/70
26/30 31/35 36/40 41/45 46/50 51/55 56/60 61/65 66/70
Ages
Ages
Figure I.2. Graphiques de la pyramide des âges du personnel permanent. La liste du personnel de laboratoire par tutelle et le détail des départs et des arrivées sont donnés dans le document annexe A3.3 de l’AERES. LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐3‐ Tableau I.2 : Le personnel permanent du laboratoire présent au 1er Janvier 2009, incluant les CDDs sur poste de permanent en disponibilité. DIRECTION
POLES ET SERVICES TECHNIQUES
Directeur
J.-D. Creutin
puis T. Lebel (01/01/08)
Informatique, SIG et bases de données
V. Chaffard
IE IRD
N. Dessay
IE IRD
B. Galabertier IE CNRS 80%
P. Juen
IR CNRS
W. Nechba
TCN CNRS
Directeurs adjoints
J.-P. Laurent
P. Pierson
Electronique et développements
instrumentaux
F. Cazenave IE IRD
C. Coulaud AI CNRS
H. Guyard
IE IRD
B. Mercier IE CNRS
Services administratifs
G. Biondi
TCN CNRS
J. Germiano ADJT UJF
O. Nave
TCN IRD 80 %
C. Petracci CDD RP*
S. Zaffino
CDD RP*
Conception, réalisation mécanique;
Infrastructure,
G. Jarril
ADJT UJF
J.-M. Miscioscia ADJT UJF
H. Mora
M. Ricard *ressources propres du LTHE
IE UJF
IR CNRS 80 %
Expérimentations de laboratoire et de
terrain
M. Arjounin
TCN IRD / Mali
R. Biron
CDD AI IRD
S. Boubkraoui T IRD
H. Denis
AI CNRS
C. Kane
IE IRD
F. Malinur
TCN IRD
L. Muller
CDD AI IRD
E. Vince
AI CNRS
En Disponibilité
J.-M. Lapetite
AI IRD
J.-M. Bouchez AI IRD
EQUIPES DE RECHERCHE ASP
Atmosphère et Systèmes
Précipitants (7)
S. Anquetin
CR CNRS
B. Boudevillain
Phys. Ad.
IBIS
Interface et BIlans
Spatialisés (8)
J.-D. Creutin
A. Diedhiou
M. Gosset
G. Molinié
DR CNRS
CR IRD
CR IRD
MC UJF
G. Delrieu
L. Descroix
S. Galle
L. Le Barbé
T. Lebel
C. Obled
I. Zin
Entrants
B. Hingray
CR CNRS
Entrants
T. Vischel
OSUG
Sortants
P. Bois
PR INPG Emérite
N. Hall
CR CNRS
H. Laurent
DR IRD DR CNRS
CR IRD
CR IRD
CR IRD
DR IRD
PR G-INP
MC G-INP
MC UJF
Sortants
I. Braud
CR CNRS
C. Depraetere
CR IRD
G.-M. Saulnier CR CNRS
RIVER
RIvière, ERosion,
Contaminants (8)
HGP
HydroGéoPhysique (7)
P. Belleudy
PR UJF
DR IRD
M. Esteves
N. Gratiot
CR IRD
J. Nemery
MC G-INP
C. Prat
CR IRD
G. Vachaud DR CNRS Emérite
J.-P. Vandervaere MC UJF
Entrants
C. Legout
Sortant
R. Haverkamp
J.-M. Cohard
MC UJF
IR IRD
J.-P. Laurent
CR CNRS
A. Legtchenko DR IRD
T. Pellarin
CR CNRS
J.-M. Vouillamoz CR IRD
R. Woumeni MC G-INP
M. Descloitres
Pas d’entrants ni de
sortants
MC UJF
DR CNRS
TRANSPORE
TRANSferts couplés en milieux
POREux hétérogènes (11)
CR CNRS
R. Angulo
C. Duwig
CR IRD
IR UJF
J.-P. Gaudet
J. Martins
CR CNRS
M. Vauclin
DR CNRS
Entrants
A. Baudoin
MC UJF
Y-H. Faure
MC UJF
J.-P. Gourc
PR UJF
L. Oxarango
MC UJF
P. Pierson
PR UJF
Y. Rossier
Past UJF
Sortants
J.-F. Daian
MC UJF
Y. Lewandovska MC UJF
ʺEntrantsʺ et ʺsortantsʺ s’entendent sur la période allant du 1er janvier 2005 au 30 juin 2009
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐4‐ CERVIN (créée 01/01/2009)
Climat, Eau et Ressources :
Variabilité et Impacts Nivoglaciaires (6)
Entrants
Y. Arnaud
S. Bigot
J.-P. Dedieu
B. Francou
J.-E. Sicart
P. Wagnon
CR IRD
PR UJF
CR CNRS
DR IRD
CR IRD
CR IRD
Tableau I.3 : Le personnel non permanent du laboratoire présent au 1er Janvier 2009 ; les doctorants ayant soutenu au cours de l’année 2008‐2009 sont mentionnés. ASP
Doctorants :
Ceresetti Davide
MESR. 07
Doukoure Moussa
Gouv. CI 06
Godart Angélique
TPE 06
Lafaysse Matthieu Météo France 08
Lepioufle Jean-Marie* Cemagerf 05
soutenance le 16/07/2009
Leroux Stéphanie
Sane Youssouf
Yu Nan
IBIS
Doctorants :
Amogu Okechukwu
MAE 05
soutenance 04/05/2009
RIVER
Doctorants :
Engida Agizew
Mano Vincent
Bendaoud Aurélien* Cemagref 06 soutenance 27/11/2008
Claude Aurélien
SPC 07 Nicolas Matthieu
Gottardi Frédéric*
Cifre 05 Susperregui Anne-Sophie
soutenance 27/01/2009
MAE
Cifre 05
MESR 06
MESR. 05
soutenance 21/10/2008
Marty Renaud
MESR. 06
AMN 06
Moumouni Sounmaïla IRD 05
Allocation IRD soutenance 30 janvier 2009
MESR 08 Souley Yero Kadidiatou MAE 09
Rothschild Elsa ED ParisVII 07
(IRD 08/2006- 01/2009)
Mezghani Abdelkader
(CNRS 05/2009 – 04/2010)
(CNRS 10/2007 – 09/2009)
(IRD 04/2008 – 02/2010)
CDD :
Bonnifait Laurent
MESR 07
BDI 06
ACF (Inde)
Gouv.
Vietnam 06
Post doc:
Chalikakis Kostas
Post doc :
Navratil Oldrich
Post doc :
Gerbaux Martin
HGP
Doctorants :
Clément Rémi
Guyot Adrien
Hoareau Johan*
Tran Xuan Truong
(CNRS 12/2009)
Bouilloud Ludovic
(CNRS 10/2009)
CDD :
Manus Claire
Volontaires Internationaux :
Suarez Atias Leandro
Quantin Guillaume
*Doctorants préparant leur thèse à l’extérieur sous la (co)direction d’un membre du LTHE
TRANSPORE
Doctorants :
Egide
Ammeri Abdelkader soutenance 18/05/2009
Barral Camille soutenance 28/11/08 Région Rhône-Alpes
Jacominy Marianna
Capes-Cofecub
Boulin Pierre* soutenance 02/10/2008
Ademe
Beguin Rémi
Cifre 08
Camp Sophie soutenance 12/12/2008
Cifre 05
Cunat Pierre
Cifre 08
Desaunay Aurélien
CNRS 08
Farhan Kiran
Egide
Grossein Olivier soutenance 02/03/2009
AMN 05
Mazet Pierre* soutenance 28/10/2008
EDF / IRSN
Navel Aline
MESR 08
Mubarak Ibrahim* soutenance 30/06/2009 Gouv. Syrie
Phrommavanh Vannapha* soutenance 27/10/2008 CEA
Seghir Karima soutenance 12/2008
Egide
Staub Matthias
Ademe
Stoltz Guillaume soutenance 24/02/2009
Ademe
Tinet Anne- Julie
MESR 08
Vitorge Elsa
BDI CNRS / CEA 07
Post doc :
Guidoux Cyril
(CNRS 07/2007 - 05/2008 /
Cemagref 10/2008)
(UJF 01/2008 - 12/2008)
CHARGES DE MISSION
Communication : L. Descroix
Documentation : T. Pellarin
Hygiène et sécurité ACMO : E. Vince
Locaux : J.-P. Laurent
Radioprotection : J.-P. Laurent
Relation Ecoles doctorales: L. Oxarango, B. Boudevillain
OBSERVATOIRES (contribution des ITs du LTHE)
AMMA-CATCH
OHM-CV
M. Arjounin
S. Boubkraoui
F. Cazenave
V. Chaffard
N. Dessay
C. Kane
B. Boudevillain
B. Galabertier
TCN IRD / Mali
T IRD / Niger
IE IRD / Bénin
IE IRD
IE IRD
IE IRD
PLATEAUX (contribution des ITs du LTHE)
PMPN
Physicien-Adjoint/ OSUG
IE CNRS
H. Denis
H. Mora
M. Ricard
ECOUFLU
SOMME
CSDU
H. Mora
Séminaires : B. Hingray, C. Legout
IE UJF
PS2E
AI CNRS
IE UJF
IR CNRS
C. Coulaud
M. Descloitres
H. Guyard
B. Mercier
MOME
E. Vince
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 AI CNR
IR IRD
IE IRD
IE CNRS
‐5‐ AI CNRS
3
La production scientifique 3.1
LE TAUX DE PUBLICATION Au cours de la période 2005‐2009, 55 permanents ont été chercheurs au LTHE, dont 37 sur toute la période; 3 permanents ont quitté le laboratoire avant le 1er janvier 2007 et leur production scientifique n’est pas comptabilisée ici. Les 52 permanents restants (ceux présents au 1er janvier 2007 ou rentrés depuis) se répartissent en 33 chercheurs EPST, 17 enseignants‐chercheurs (dont 1 physicien‐ adjoint CNAP) et 2 ingénieurs de recherche ; 42 sont publiants au sens des critères de l’AERES. Sur les 37 permanents qui ont été présents sur toute la période, 30 sont publiants. Sur la période 2005‐2009 on compte 298 pulications dans des revues internationales répertoriées sur ISI WEB of Knowledge. Sans correction
Enseignant Chercheur
2,00
Equivalent temps plein
chercheur
46
1,80
1,60
1,40
1,20
1,00
0,80
2005
2006
2007
2008
Effectifs du LTHE
26
C + EC
44
ITAs
25
42
24
40
23
38
22
36
21
Effectifs ITAs
2,20
Effectif chercheurs et ens.-cherch.
Nombre d'articles / Permanent
Le LTHE a toujours eu un bon taux de publication par permanent pour son secteur de recherche. Une grande partie de la production scientifique des hydrologues reposant sur l’analyse de séries longues d’observation, le taux de publication annuel moyen par chercheur dans la communauté des hydrologues est souvent inférieur à 1. Le graphique de gauche ci‐dessous montre un taux annuel régulièrement supérieur à 1 pour le LTHE, se rapprochant de 2 en 2008 et 2009. Le creux de 2007 et les fortes hausses consécutives de 2008 et 2009 sont en partie liées à la mobilisation du LTHE sur les campagnes d’observation AMMA de 2005 à 2007 et à la rapidité de la valorisation (en cours) qui s’en est suivie. Notre investissement dans ces campagnes sert les communautés nationale et internationale, tout en fournissant un matériau de premier ordre qui est valorisé au sein du laboratoire. / 05 20 05 20 06 20 07 20 08 20 09
/01
01
2009
Figure I.3 : Evolution du nombre de publications par chercheur et de l’effectif du LTHE sur la période 2005 ‐ 2009. a. Nombre de publications par an et par permanent chercheur (ou assimilé) avec projection 2009 ; b. Evolution des effectifs chercheurs, comparée à celle des ITAs. 3.2
LES SUPPORTS DE PUBLICATION 3.2.1
Les revues internationales utilisées et leur impact Le laboratoire publie dans un grand nombre de revues du fait du large spectre de ses activités scientifiques et certaines de ses revues s’adressent à des communautés de petite taille, ce qui en limite le facteur d’impact. Pour autant le graphique ci‐dessous montre un pic de publications dans des revues dont l’IF est compris entre 2 et 3 (un peu plus de 40% de nos publications référencées dans ISI). Au total 71% de nos publications sont dans des revues d’IF supérieur à 2. Plusieurs chercheurs du LTHE ont acquis une bonne visibilité internationale, 5 d’entre eux ont un index H supérieur à 15. LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐6‐ Nombre de publications ISI
120
2008
100
2007
2006
35
2005
80
60
23
18
40
21
8
20
6
5
7
4
5
4
5
7
12
24
10
0
IF<1
1<IF<2
2<IF<3
3<IF<4
6
3
6
1
4<IF<5
2
1
IF>5
Impact facteur à 5 ans des revues
Figure I.4 : Histogramme des articles référencés ISI (ACL) et publiés de 2005 à 2008 par classe de facteur d’impact (IF). 3.2.2
Autres publications Bien que cherchant une diffusion des résultats de leurs travaux de recherche dans les meilleurs revues internationales de leur secteur disciplinaire, les chercheurs du LTHE n’ont pas non plus négligé de s’adresser à un public plus large : i) le public des ingénieurs et des décideurs (revues référencées ISI telle que La Houille Blanche, ou non référencées telle que La Météorologie) ; ii) les revues accessible à nos partenaires des pays du Sud et qui le plus souvent ne sont pas référencées ISI (Sècheresse), ou qui peuvent l’être avec de faibles facteurs d’impact (par exemple, Ingenieria Hidraulica en México), alors que dans les deux cas l’impact dans les pays concernés est très important ; iii) le grand public, à travers des supports tels que La Recherche, Sciences et Vie, Sciences et Avenir. Nous n’avons pas non plus négligé la diffusion au sein des supports institutionnels tels que Sciences au Sud (IRD), Le Courrier du CNRS, Atmosphériques (Météo‐France), la revue du CNES. 3.3
COLLOQUES Les chercheurs du LTHE participent régulièrement aux colloques de l’AGU, de l’EGU et de l’AMS et aussi, bien sûr, aux colloques plus spécialisés. Macroscopiquement on compte environ une à deux présentations dans ces diverses réunions scientifiques pour une publication sous forme d’article dans une revue internationale référencée ISI. Au‐delà de cette activité normale de participation aux réunions scientifiques nationales et internationales, les chercheurs du LTHE ont pris une part active à l’organisation de certaines de ces manifestations, en tant que membres des comités scientifiques et/ou membres des comités d’organisation. On citera notamment les trois réunions internationales AMMA de Dakar (novembre 2005), Karlsruhe (décembre 2007), Ouagadougou (Juillet 2009) qui ont chacune rassemblé plus de 300 scientifiques (500 à Ouaga); le Symposium international Weather Radar and Hydrology en mars 2008 à Grenoble (140 participants), la réunion 4th MRS Workshop on Magnetic Resonance Sounding en octobre 2009 à Grenoble (une centaine de participants attendus). Plusieurs réunions internationales/ nationales ont également été organisées par des chercheurs du laboratoire dans le cadre de la coordination de projets européens ou nationaux (ANR, ECCO). LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐7‐ 4
Les activités de formation académique 4.1
FORMATION PAR LA RECHERCHE : HDR, DOCTORATS ET MASTERS Avec 51 thèses soutenues sur la période de référence de ce rapport (Tableau I.4) on est un peu au‐delà d’une thèse par permanent chercheur et enseignant‐chercheur sur les 4 années et de deux par permanent HDR. En calculant des statistiques d’ensemble sur les 83 thèses soutenues ou en cours (la liste complète des thèses et HDRs soutenues est donnée dans le document des annexes de ce rapport), on s’aperçoit que 25% ont été financées sur allocation ministère et 49% sur des financements privés ou para‐publics (EPIC, EPA, Régions), le reste l’étant par différents autres financements publics incluant les allocations de gouvernements étrangers. La répartition par équipe est assez déséquilibrée, deux équipes – IBIS et RIVER – se situant dans la moyenne d’une dizaine de thèses soutenues ou en cours, alors que l’équipe HGP affiche un fort déficit qui peut s’expliquer à la fois par la taille réduite de l’équipe et sa constitution récente. Le nombre de thèses en cours indique une correction de ce biais négatif. Il faut remarquer que ces déséquilibres concernent le total des thèses, alors que si on ne prend en compte que les allocations ministères, celles pour lesquelles la politique de la direction du laboratoire peut avoir le plus d’influence, la répartition est bien équilibrée entre les 5 équipes. Le nombre de docteurs plus élevés chez ASP et Transpore s’explique donc essentiellement par un recrutement plus dynamique côté CNRS, IRD et AMN pour ASP, par l’obtention de plusieurs conventions CIFRE et contrats industriels pour Transpore. Tableau I.4. Bilan des thèses soutenues sur la période 1er janvier 2005 – 31 décembre 2008 ASP IBIS HGP Allocs ministère Allocs CNRS, IRD, AMN 1 3 5 3 1 4 1 2 1 13 8 Autres financements publics CIFRE et industriels Permanents* 1 2 7 1 1 10 1 2 1 1 9 8 10 3 24 10 13 7 51 TOTAL RIVER Transpore Total * 2 IE LTHE, 3 ingénieurs EPST en dehors du LTHE, 1 Ens. U. Padoue. Tableau I.5. Bilan des thèses en cours ou soutenus (7) au cours du premier semestre 2009 Allocs ministère Allocs CNRS, IRD, AMN Autres financements publics CIFRE et industriels TOTAL ASP IBIS HGP 2 4 2 8 2 1 3 2 8 1 1 1 1 4 RIVER Transpore 1 1 2 2 3 3 4 12 Total 8 9 10 7 34 Comme le montre le Tableau I.5 ci‐dessus, l’attractivité du LTHE pour les doctorants d’horizons très variés est confirmée en 2009 avec 34 doctorant(e)s au laboratoire (un ratio de 0,7 par rapport aux chercheurs et enseignants‐ chercheurs permanents), dont la moitié sont financé(e)s sur des ressources privées ou para‐publiques. Le tableau I.6 récapitule le placement de 47 étudiants ayant soutenu leur thèse depuis 2005 et dont la situation est connue ; 2/3 ont un emploi stable et 1/3 sont en post‐doc. Les 2/3 des emplois stables ont une activité recherche (public ou R&D secteur privé) et aucun de ces 47 docteurs n’est actuellement en recherche d’emploi. LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐8‐ Tableau I.6. Situation de 47 docteurs ayant soutenu leur thèse depuis 2005 Titulaire CDI Secteur Privé Retour pays Post‐ doc Divers EPST/ Univ d’origine Recherche Hors Rech. Univ. Autre Etranger France 7 3 8 11 0 13 3 2 Tableau I.7. Récapitulatif de l’évolution du personnel et des publications de 2005 à 2009. 01/01/05 2005 Chercheurs + EC Départs Arrivées Ratio EC/(C+EC) ITA + IATOSS Départs Arrivées CDD Tutelle CDD Ress. Propres Total avec CDDs 39 0,31 24 1 25 Ratio ITA/ (C+EC) 0,62 2006 2007 2008 2009 Commentaires Effectifs au 1/09 de l'année
38 2 1 0,32 23 2 1 1 24 37 2 1 0,30 22 1 1 23 38 4 5 0,42 23 2 3 0,5 23,5 42 4 0,40 25 1 3 2 0,5 27,5 45 1 4 0,40 23 2 2 1,5 26,5 0,61 0,59 0,61 0,64 0,56 Avec permanents et CDDs Tutelles
9 3 17 4 14 4 11 4 34 7 12 0,71 47 53 51 53 43 48 85 88 1,24 1,39 1,47 1,38 1,43 1,62 1,13 1,26 1,43 72 78 2 1,71 1,86 2,15 7 thèses soutenues au 30/06/09
Total : 58 (51+7) sur la période Total : 27 sur la période TOTAL : 298 TOTAL : 320 Moyenne: 1,47 Moyenne: 1,59 Moyenne: 1,81 2 AI IRD en dispo longue durée
Secrétariat
Doctorants Thèses soutenues Doctorants étrangers Ratio Doctorants / (C+ EC) Nb Publis ACL Nb Publis ACL+ACLN Nature Nb Publis ACL /Chercheur/an Nb ACL + ACLN /Chercheur/an Nb Publ. ACL /Eq. Chercheur/an 1,89 1,98 2,36 Nota Bene : On notera également le fort investissement du laboratoire dans la formation des étudiants de Master avec 62 soutenances sur la période 2006‐2009. 4.2
HABILITATIONS A DIRIGER LES RERCHERCHES (HDR) En ce qui concerne les HDRs, trois ont été soutenues au cours de la période 2005‐2008 et trois sont programmée pour l’automne 2009 (Y. Arnaud, A. Diedhiou, C. Duwig). Ce nombre est à mettre en relation avec la pyramide d’âge analysée en section 1 (Figure I.2). Les 6 chercheurs ayant ou allant soutenir leur HDR sont des chercheurs EPST du milieu de la pyramide d’âge (40‐50 ans) et on peut attendre un nombre équivalent sur la période à venir, compte tenu de l’étalement de la pyramide dans la tranche 35‐45 ans. Par contre certains enseignants‐chercheurs, encore trop jeunes lors de ce précédent quadriennal, seront en position de soutenir leur HDR dans les quatre années à venir. Tableau I.8. HDRs soutenus de 2005 à 2009. ASP CERVIN IBIS HGP 3 1 LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 RIVER Transpore 2 Total 6 ‐9‐ 4.3
GESTION DES FORMATIONS UNIVERSITAIRES GRENOBLOISES Les enseignants‐chercheurs du LTHE sont très impliqués dans leurs structures de rattachement (OSUG, IUT, ENSE3). Un professeur est directeur‐adjoint de l’OSUG responsable de l’enseignement et un autre était, jusqu’en juin 2009, directeur adjoint de l’IGA. Un troisième professeur, par ailleurs directeur adjoint du laboratoire, a longtemps été responsable pédagogique du département de génie civil de l’IUT1, tandis qu’un autre enseignant‐chercheur du LTHE est responsable du laboratoire d’informatique au sein du même département. D’une manière générale, il va sans dire que tous les enseignants‐chercheurs du LTHE effectuent l’intégralité de leur charge d’enseignement de 192 heures annuelles, sauf en cas de décharge pour responsabilité particulière telle que celles citées ci‐dessus. Plusieurs d’entre eux sont élus dans les commissions recherche ou enseignement de leur UFR ou de leur école d’ingénieur ; nos sites de mesure sont utilisés comme support à l’enseignement, comme par exemple pour le stage de terrain du Master UJF/STE sur le supersite OHMCV du Pradel. 4.4
FORMATIONS HORS DU CAMPUS GRENOBLOIS Les chercheurs et enseignants‐chercheurs du LTHE participent à des formations dans une quinzaine d’universités ou écoles en France, hors du site grenoblois (voir liste dans les documents annexes) ; ils sont également actifs dans les formations universitaires à l’étranger, que ce soit i) en assumant des responsabilités particulières : Patrick Pierson est responsable de la mise en place dʹune école doctorale en génie civil au CEFET de Belo Horizonte (Brésil), avec lʹaide de lʹUJF (démarrée en avril 2009) pour contribuer à la transformation du CEFET en université technologique reconnue par lʹEtat ; Philippe Belleudy est responsable du module «Gestion des crues et aménagements des cours d’eau» au sein du Master Gestion et Ingéniérie des ressources en eau de l’ Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne ; ii) en enseignant de manière régulière dans différentes universités : INRS, Université du Québec, Master « Ressources en Eau » de l’Université d’Addis Abeba, DEA de géographie et DEA de biologie de l’Université Abdou Moumouni de Niamey (Niger), DEA ʺScience de lʹEau et de lʹEnvironnementʺ de la Chaire Internationale en Physique Mathématique et Applications (CIPMA) de lʹUniversité dʹAbomey Calavi (UAC) du Bénin, Licenciatura de Cienca Ambiental de la Universidad Nacional Autonomia de Mexico, cours de Microbiologie, physique et chimie des milieux poreux complexes à Polytechnika Gdansk (Pologne) ; iii) ou enfin sous forme de sessions de formation ciblées : Session de formation à lʹhydrogéophysique à l’Institut technologique du Karnataka à Suratkhal en Inde ; ʺMass Balance Monitoring Training Course on Yala Glacier Langtang Valley, Central Nepalʺ, organisé par le Nepal National IHP Committee avec l’appui de l’IACS‐ICIMOD‐UNESCO. La liste complète de ces interventions se trouve dans les fiches individuelles des personnes concernées. 5
Valorisation économique et diffusion des savoirs 5.1
VALORISATION ECONOMIQUE Le LTHE entretient des liens forts avec HYDROwide, une jeune pousse qu’il a contribué à créer, quʹil a hébergée et dont il a aidé au développement. HYDROwide est impliquée dans des réponses communes avec le LTHE à des appels d’offres ANR et européens, et nous collaborons (avec le Cemagref de Lyon) au développement de la plate‐forme de modélisation LIQUID. Le LTHE a de même contribué au démarrage du bureau d’étude Ecogeos qui a été initialement hébergé dans nos locaux avant de s’établir à l’extérieur et de vivre de manière autonome. Une part importante de nos recherches est financée par ou génère des collaborations avec des collectivités locales, des bureaux d’étude (GIRVIUS, SOGREAH, SOFRECO), des industriels (BIDIM, EDF, IRIS‐
Instruments, VEOLIA), des ONGs (ACF, Croix‐Rouge), ainsi que des EPIC (BRGM, CEA, IRSN). Les collaborations industrielles ont notamment conduit à la prise du brevet « Device System and Method of Detecting and Locating malfunctions in a hydraulic structure equipped with sand device,(Ardières et al., 2008 », associant les Sociétés BIDIM et TENCRATE GEOSYNYHETICS, EdF et l’UJF (via Y.‐H. Faure de l’équipe Transpore). LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐10‐ 5.2
DIFFUSION DES SAVOIRS Les chercheurs du laboratoire participent activement à la diffusion des savoirs vers le grand public : participation à trois documentaires scientifiques de 52 minutes, articles dans des mensuels scientifiques, participation aux Fêtes de la Science et à des cafés des sciences, à des opérations de sensibilisation à la recherche dans les écoles, les collèges et les lycées. 6
Les collaborations régionales, nationales et internationales 6.1
LA COMMUNAUTE SCIENTIFIQUE REGIONALE Le LTHE participe à la vie scientifique grenobloise par le biais de son intégration dans les Pôles recherche de ses deux tutelles universitaires : le pôle Environnement de G‐INP et le pôle TUNES de l’UJF. Il développe dans ce cadre des collaborations suivies avec plusieurs laboratoires, dont notamment avec le LGGE pour tout ce qui touche à l’étude des bilans d’eau et des risques associés aux phénomènes extrêmes sur les bassins de montagne à forte composante nivale et/ou glaciaire. Cette collaboration concerne à la fois des opérations de terrain (co‐animation du SO GLACIOCLIM ; observations géophysiques sur les glaciers de Tête Rousse et de St Sorlin grâce à des financements du Pôle TUNES). Nous collaborons aussi avec les laboratoires de Terre Interne de l’OSUG (LGIT et LGCA) pour tout ce qui touche à la géochimie (encadrement de thèses en commun sur la pollution minérale et organique des sols et achat prévu d’un ICPMS mutualisé). Le Pôle TUNES finance également une recherche conjointe LTHE‐PACTE sur le site Vercors de la Zone Atelier Alpes ; cette ZAA, labellisée en septembre 2008 par l’InEE et dont l’animation scientifique est coordonnée par le LECA, est elle‐même le cadre de collaborations en construction entre le LTHE, le LECA et le Cemagref sur les impacts écologiques et socio‐économiques de la variabilité climatique sur des territoires de moyenne montagne. Coté Ingénierie de l’environnement nous avons développé des liens avec les poles de compétitivité AXELERA et TENERDIS. 6.2
LES PROJETS NATIONAUX. Les Systèmes d’Observation dans lesquels nous sommes impliqués constituent un lieu privilégié de collaborations nationales, de même que le rôle important que nous jouons au sein des programmes AMMA et HYMEX (ces actions sont décrites plus en détail en troisième partie de ce rapport de bilan). Par ailleurs, le tableau I.12 de la section 8 indique que 77% des ressources propres du laboratoire proviennent de trois parts sensiblement égales : les programmes nationaux (qui continuent à jouer un rôle structurant majeur pour notre communauté), les ANRs et les projets européens. Les ANRs sont donc devenus un élément fort des collaborations nationales du LTHE, comme on peut le voir dans le tableau ci‐après. Il ressort que les projets dans lesquels le laboratoire est acteur, soit au titre de coordinateur, soit de participant, relèvent majoritairement des programmes thématiques du Département « Energie Durable et Environnement» (PRECODD, PRGU, RiskNat, VMC, VMCS) de l’ANR, 40% des projets aidés étant menés en recherche partenariale public‐privé au sens de l’Agence. Tableau I.9. Projets ANR dans lesquels le LTHE est impliqué comme coordinateur* ou participant Budget Part
Début - Fin
Nom
Type ANR
Partenaires
ANR
LTHE
Bioptime Precodd Creed – Cemagref – INPT‐ INSA 833 008
51 200 2007‐2010 Bioreacteur Precodd Insa Lyon – Cemagref – Brgm 999 447
199 590 2005‐2009 DAY‐River Blanc BIOEMCO ; LMTG ;ASTV ; SYsiphe 421 000
140 000 2006‐2008 ECLIS VMCS 45 460 2008‐ 2011 Erinho Prgcu 65 530 2005 ‐ 2009 Medup VMCS 165 300 2008‐ 2011 CESBIO, HSM, PRODIG, LMTG, CIRAD, C3ED, 593 000
ADES, IRAM Cemagref – LCPC‐ EDF – IREX –SOBESOL – 583 678
UPMC‐LMPG‐LRPC LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 MF‐GAME ; LA ; LMD ; CIRED 830 000
‐11‐ Tableau I.9 (suite). Projets ANR dans lesquels le LTHE est impliqué Methode Blanc MAPMO ; CERMICS ; CEMAGREF 200 000
Microalpes Blanc LECA ; Station Alpine du Lautaret 148 000
18 200 2008‐ 2011 13610 2006‐2008 166 500 2009‐ 2012 257 420
45 000 2006 ‐2009 BRGM – PARIS 6‐ IRIS 753 440
64 000 2005‐2008 VMCS EDF 371 903
287 300 2009 ‐ 2011 Streams Blanc LSCE; EDF; Hydrowide 480 000
275 000 2007‐ 2010 Transat Precodd CEA – EDF – BURGEAP 597493
67 000 2005 ‐ 2009 Waterscan FNS UP6 – BRGM – U. Pau – IPGP – IPGS 300 000
52 000 2005‐2008 Prediflood RiskNat Remapro Precodd BRGM – IRIS Proton Riteau Riwer 2030 LCPC;CNRM;CEMAGREF;HydroWide;PACTE 710 000
* : nom en gras 6.3
LES COLLABORATIONS INTERNATIONALES Les chercheurs du LTHE entretiennent des collaborations internationales, via notamment les projets internationaux de grande ampleur tels que AMMA, les projets européens, les actions de recherche en zone tropicale menées par les chercheurs de l’IRD (mais qui entraînent sur leur terrain des chercheurs du CNRS et des enseignants‐chercheurs) et des collaborations plus ciblées sur des sujets précis. La diversité de ces collaborations ressort des bilans d’équipe de la section II de ce rapport. Le tableau A2 de l’annexe 2 de ce rapport permet de se faire une idée plus précise de la production scientifique associée à ces collaborations. Environ 40% des publications du laboratoire font intervenir un co‐auteur étranger. Tableau I.10. Projets Européens auxquels participe le LTHE. Nom
Type
AMMA 6ième PCRD FLOODsite 6ième PCRD HYDRATE 6ième PCRD DESIRE 6ième PCRD AMPHORE 6ième PCRD ACQUA 7ième PCRD PREVIEW 6ième PCRD Partenaires
Budget
58 partenaires coordonnés par le CNRS 22 partenaires coordonnés par HRWallinford 17 partenaires coordonnés par Université de Padova 28 partenaires coordonnés par ALTERA Wageningen 10 partenaires ARPA Region Piemont / Italie 5 partenaires en France ??? CNRS DR5 / France 50 partenaires EADS Astrium / France Part LTHE Début - Fin
15 700 000 593 000 2005 – 2009 9 680 000 245 000 2005‐2009 2 350 000 278 000 2007‐2010 6 912 000 225 000 2007‐2012 2 375 320 210 000 2004‐2006 6 493 573 66 900 2208‐2013 14 334 259 71 095 2005‐2008 6.4
AUTRES ELEMENTS DE VISIBILITE NATIONALE ET INTERNATIONALE Editeurs ou contributeurs aux comités de lecture des revues scientifiques. Un ou plusieurs chercheurs du laboratoire ont été ou sont : • Éditeur associé : Journal of Hydrology, Waste Management • Membre du comité éditorial : Agricultural Water Management, Geophysics, Geosynthetics International, Geotechnical Fabric Journal, Geotextiles and Geomembranes, Journal of Applied Geophysics, Journal of Hydrology, NearSurface Geophysics, Remote Sensing of Environment LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐12‐ • Éditeur invité numéros spéciaux : Near Surface Geophysics (3, 2005), Boletin Geologico y Minero (118, 2007), Journal of Applied Geophysics (66, 2008), Advances in Water Resources (32, 2009), Journal of Hydrology (375, 2009). • Autres revues : African Journal of Environmental Science & Technology Comités scientifiques Les chercheurs du laboratoire ont été amenés à exercer des responsabilités importantes • au plan académique national : Présidence de la CS SIC de l’INSU, Présidence du comité d’évaluation scientifique du programme VMC de l’ANR, Direction de la cellule des programmes ANR mis en délégation à l’INSU‐CNRS, Présidence de comités de visite de l’AERES, Membres de différents conseils et comités scientifiques (département PU‐CNRS, API AMMA, programme ECCO, TOSCA‐CNES) et commissions scientifiques (CoNRS : sections 19, 20, 46 ; CS IRD ; CNU) ; • dans le secteur aval à la recherche académique : Vice‐présidence du comité scientifique du Plan « Loire Grandeur Nature », Conseil scientifique de l’Andra, Direction du GIS Envirhonalp ; • au plan international : Comité scientifique du Challenge Program on Climate Change (ICSU / CGIAR), de CLIVAR‐Afrique et du GEWEX Hydrometeorological Panel2 ; expertise de projets européens. Cette liste se limite aux fonctions d’expertise et n’inclut pas les différents comités de grands programmes dont les chercheurs du laboratoire sont acteurs. Distinctions scientifiques • Médaille de bronze du CNRS (Département PU‐INSU), 2005 (I. Braud) • Prix Adrien Constantin de Magny (Académie des Sciences), 2005 (T. Lebel) • Prix ʺla Rechercheʺ (Ministère de la Recherche), 2006 (Thèse A. Rabatel). • Palmes Académiques, 2007, (P. Pierson) • Prix Jean Bourgeois (Soc. Française d’Energie Nucléaire), 2009 (Thèse V. Phrommavanh) 7
La vie du laboratoire 7.1
SEMINAIRES Le LTHE organise de nombreux séminaires qui témoignent de la vie scientifique du laboratoire et dont la liste peut être consultée sur son site web : http://ltheln21.hmg.inpg.fr/LTHE/spip.php?rubrique84. 7.2
RESSOURCES HUMAINES Le laboratoire a un recrutement très ouvert sur l’extérieur. Sur les 15 nouveaux arrivants chercheurs et enseignants‐chercheurs de la période 2005‐2009, 5 correspondent à des recrutements et 4 d’entre eux n’ont pas fait leur thèse à Grenoble. De même, sur les 10 arrivants par mobilité, 4 seulement venaient d’un laboratoire grenoblois (en l’occurrence, l’équipe du LIRIGM qui nous a rejoint début 2007). Le laboratoire encourage la formation continue de ses chercheurs et ITAs afin de les aider à mettre à niveau leurs qualifications ou à en acquérir de nouvelles. Le tableau 1.11 ci‐dessous montre que ces formations ont trait aussi bien au métier propre des personnes concernées que l’acquisition de compétences parallèles (gestion de projets, langues, ressources humaines). Tableau I.11. Récapitulatif des formations suivis par les personnels du laboratoire Scientifique
Technique
2 IT 20 A 26 C / EC Langues Informatique
4
2
Gestion Projets
RH
H&S
4
4
2 12
11
1
2 9
6
3 CLIVAR et GEWEX sont des sous –programmes du Programme mondial de Recherche sur le climat(WCRP / PMRC). 2
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐13‐ L’attention accordée au personnel du laboratoire concerne avant tout les ITAs dont les carrières sont particulièrement difficiles à gérer dans un contexte de pénurie de recrutement et de promotion. Nous avons connu un important renouvellement des personnels administratifs puisqu’une seule des personnes présentes en 2005 est encore au laboratoire. Dans un contexte difficile, puisque le laboratoire ne dispose pas d’un poste d’encadrement administratif de niveau ingénieur, cette agent, qui est sur un poste TCN a assuré la continuité de service et des responsabilités de supervision et de formation du personnel arrivant qui nous ont amené à demander à sa tutelle la requalification de son poste au niveau AI, ce que nous venons d’obtenir. Il n’en reste pas moins que notre staff administratif est sous‐
dimensionné, du fait notamment que notre secrétaire, qui est parti en avril 2009 pour suivre son conjoint, n’a pas encore été remplacée. Nous faisons également face à la disponibilité longue durée de deux AIs IRD expérimentation de terrain pour lesquels nous disposons de postes CDD, sur lesquels nous avons formé deux jeunes très motivés et d’excellent niveau dont l’intégration est une priorité. L’activité technique du laboratoire est assurée par le biais de 4 pôles mis en place début 2008 (voir organigramme I.2). Ces pôles doivent disposer d’un responsable de niveau ingénieur et nous avons beaucoup travaillé sur cette question, seul le pôle informatique étant actuellement dirigé par un IR (CNRS). Le pôle développements instrumentaux est dirigé par un IE CNRS qui prend ce travail très à cœur et nous préparons sa promotion dans le corps des IRs. Le pôle mécanique était dirigé par un IR CNRS qui n’avait plus goût à cette activité et nous avons travaillé avec sa tutelle pour qu’il bénéficie de la procédure de départ pour projet personnel lui permettant de quitter l’établissement avec une prime d’accompagnement. Le pôle expérimentations de terrain et de laboratoire ne dispose pas actuellement d’un encadrement ingénieur et nous envisageons donc un regroupement avec le pôle mécanique en demandant le remplacement de l’IR CNRS partant pour en prendre la direction. Le laboratoire est également attentif à la production scientifique de ses chercheurs. Le taux de publication, qui s’établit aux alentours de 1,5 article ACL par an et par chercheur permanent (Tableau 1.7) est en augmentation significative par rapport au précédent quadriennal. Parmi les membres du laboratoire qui ont du mal à franchir le seuil des deux articles sur 4 ans pour les enseignants‐chercheurs et des quatre articles sur 4 ans pour les chercheurs, nous distinguons plusieurs cas. D’une part, certains enseignants‐chercheurs qui nous ont rejoint récemment sont investis de fortes responsabilités dans leur composante d’enseignement. Cette participation à la vie des composantes universitaires nous semble essentielle et le laboratoire redoublera d’effort pour faciliter la recherche et la publication de ces personnels par le biais de collaborations internes. D’autre part, 2 chercheurs ont connu des problèmes de santé très graves, et nous ont maintenant malheureusement quitté. Deux autres chercheurs non publiants sont partis vers d’autres laboratoires respectivement en 2007 et 2009, où ils devraient pouvoir s’intégrer dans des programmes de recherche plus à leur convenance. Il reste deux ou trois cas qui requièrent une vigilance particulière de la direction, qui a notamment cherché à leur fournir temporairement un environnement plus propice à la production scientifique (par exemple par le biais d’un accueil EPST pour un enseignant‐chercheur). La vigilance de la direction ne faiblira pas. Nous avons enfin le cas d’un enseignant‐chercheur qui a manifesté ne pas souhaiter rester au laboratoire en n’envoyant pas sa fiche individuelle, mais sans pour autant (à notre connaissance) avoir un projet d’intégration dans un autre laboratoire. Ce cas est traité par la tutelle universitaire concernée. 7.3
HYGIENE ET SECURITE (H&S) Au cours du quadriennal écoulé deux ACMO se sont succédés, Erwann Vince succédant à Jean‐Paul Laurent à la mi juillet 2009. Comme le montre le tableau I.11, le personnel suit régulièrement des formations H&S et le LTHE n’a eu aucun incident notable à déplorer au cours des 5 années écoulées, que ce soit en laboratoire ou dans le cadre de nos campagnes de terrain, qui se déroulent pourtant souvent sur des terrains d’accès et en conditions climatiques difficiles. Des consultations sont en cours avec les tutelles pour finaliser la rédaction de notre document unique H&S. Un guide des bonnes pratiques H&S distribué aux nouveaux arrivants sera également mis en ligne sur notre site WEB d’ici la fin de l’année. LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐14‐ 8
Le budget 8.1
LE SOUTIEN DES TUTELLES Le soutien direct des tutelles – hors salaires, via les dotations ministérielles, les soutiens de base et appuis ciblés des EPST, les dotations infrastructure et les appels d’offre internes, se monte à un peu plus de 2 M€ en cumul sur 4 années. La part soutien de base + infra se monte à 1,42 M€, à comparer avec 1,16 M€ sur les 4 années précédentes (2002‐2005). Cette augmentation résulte d’une hausse des contributions IRD (+ 312 K€) et du CNRS (+ 94 K€), alors que la contribution des tutelles universitaires a globalement baissé (‐ 70 K€). Il faut toutefois noter que l’UJF a relevé son soutien de base en 2009 de 38,5 à 50 K€, notre dotation par chercheur étant nettement plus faible que celle des autres laboratoires du secteur. Tableau I.11. Financement reçu directement des tutelles (en Euros), hors salaires (2006‐2009). Soutien de
base
Infra
Appui ciblé
Appels d'offre
internes
TOTAL
210 600
108 000
573 254
CNRS
(PU+EDD)
254 654
UJF
177 000
G-INP
80 000
70 380
IRD
725 000
113 285
30 000
1 236 654
183 665
240 600
Total
TUNES & OSUG
69 750
BQR
35 000
RMP
140 000
352 750
246 750
185 380
1 008 285
2 013 669
8.2
LES RESSOURCES EXTERIEURES Les ressources propres du laboratoire sur la même période 2006‐2009 se sont montées à 6,3 M€, à comparer avec 3,4 M€ sur la période précédente. Les trois gros postes sont les ANRs les contrats européens et les programmes nationaux (dont l’API AMMA qui avait un mode de fonctionnement très semblable à celui d’une ANR). Le rapport Ressources propres/Budget total du laboratoire atteint plus de 75% sur les 4 années écoulées. Si on inclut dans les ressources propres le financement des tutelles obtenu sur AO internes et l’appui ciblé, le rapport Ressources propres/Budget total du laboratoire atteint 83%. Tableau I.12. Ressources propres du laboratoire par grands postes (en Euros) pour 2006‐2009 Programmes Collectivités Organismes Prestations Contrats Contrats
nationaux territoriales
nationaux de services industriels
UE
1 797 695
8.3
214 500
763 271
154 070
ANR
TOTAL
311 277 1 480 400 1 642 080 6 363 293
ELEMENTS DE BUDGET CONSOLIDE Tableau I.13. Masse salariale (chiffres communiqués par les tutelles, sous leur responsabilité). CNRS
G-INP
2007
IRD
Limitatif Non Limitatif
1 288 000 185 252 2 773 168
76 284
815 869
5 138 573
2008
1 634 292 142 109 2 228 660
938 712
5 025 896
82 123
UJF
Total
Le laboratoire a donc une masse salariale d’environ 5 M€ par an, les autres dotations se montant en moyenne à 2,1 M€ annuels (Tableau I.11). LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐15‐ II. AXES DE RECHERCHE et CONTRIBUTIONS des EQUIPES Nota Bene : cette section présente le bilan scientifique des 6 équipes du laboratoire. Compte tenu des limitations de page imposées par l’AERES, ces bilans font référence à 73 encadrés décrivant plus en détail chaque résultat important, ces encadrés étant édités dans un volume d’annexes consultable sur le site WEB du laboratoire (http://ltheln21.hmg.inpg.fr/LTHE/spip.php?article498) ; d’autre part, on pourra se reporter aux publications citées dans cette partie consacrée aux contributions des équipes, publications dont liste est donnée en annexe III. LES GRANDS AXES DE RECHERCHE ET LEUR STRUCTURATION Lʹeau est au centre des préoccupations du LTHE. Cʹest un élément essentiel à la vie et au développement des sociétés. Le cycle de lʹeau opère sur un continuum dʹéchelles spatiales et temporelles. Il relie les grands compartiments du système terrestre. Il interagit de manière déterminante avec les autres grands cycles naturels. Les questions scientifiques qui en découlent touchent à la fois aux changements dʹéchelles et aux couplages entre compartiments et processus. Il est maintenant largement admis que la manifestation la plus significative du réchauffement climatique global sera, pour lʹhomme, une altération et une intensification du cycle de lʹeau qui va exacerber lʹoccurrence et la magnitude des extrêmes hydrologiques. Cette évolution se déroule à un moment où l’activité industrielle et agricole de nos sociétés exerce une pression croissante sur les milieux, menaçant en particulier la qualité de la ressource en eau et en sol. Les rétroactions de ces modifications environnementales sur le climat sont un point clef du débat scientifique sur le futur de notre planète ; elles méritent d’être étudiées en tant que telles et nécessitent des stratégies d’observation adaptées, car les modèles de climat divergent encore considérablement sur le sujet. Lʹétude des liens entre climat, environnement cycle de lʹeau et des éléments qui y sont associés constitue donc le cœur des activités scientifiques du LTHE. Face au caractère global et interactif des questions climatiques et environnementales et du rôle fondamental quʹy joue le cycle de lʹeau, nos moyens dʹobservation sont mal adaptés. Les réseaux dʹobser‐
vation existant fournissent une vision extrêmement limitée des dynamiques spatiales et temporelles des différents réservoirs qui interviennent dans le cycle hydrologique. Parallèlement les années récentes ont connu des avancées décisives en métrologie, que ce soit in situ ou par télédétection, à partir de capteurs embarqués sur des satellites ou mis en œuvre en surface. Les progrès dans les systèmes dʹacquisition, dans la résolution des capteurs, dans leur miniaturisation et dans leur fiabilité permettent dʹenvisager des stratégies dʹobservation beaucoup plus sophistiquées quʹauparavant. Mettre ces techniques de mesure au service des questions scientifiques qui intéressent le LTHE, analyser l’interaction entre la physique de la mesure et celle du milieu exploré, capitaliser les connaissances ainsi acquises sous forme de modèles mathématiques, sont pour nous les éléments fondamentaux de notre démarche de recherche. Le laboratoire mène en conséquence une politique volontariste – tant au niveau de la mobilisation de ses moyens humains que de ses contrats de recherche – pour associer développements instrumentaux, mise en œuvre d’expériences de terrain et de laboratoire et modélisations. Ceci nous conduit à tenter d’équilibrer en permanence : i) approches expérimentales et modélisations mécanistes en milieu contrôlé pour mieux comprendre les processus de petite échelle, d’une part, et ii) d’autre part, observation des milieux naturels et modélisations intégrées du cycle hydrologique et des flux associés au niveau des grands systèmes éco‐climatiques régionaux. En 2006, le laboratoire s’était en conséquence structuré selon les grands principes suivants : 1.
Une approche matricielle, où 6 équipes3 étaient chargées de structurer nos recherche autour de grandes questions scientifiques et où l’animation transversale est assurée soit par le biais de plateaux regroupant des moyens lourds – que les équipes du Laboratoire mutualisent en interne, voire avec des équipes extérieures au LTHE – soit par lʹintermédiaire de notre implication dans des grands projets nationaux ou internationaux – notamment les Systèmes d’Observation ou le projet de modélisation SOMME – qui mobilisent des chercheurs de plusieurs équipes. 2.
Les équipes de recherche constituent des entités dont la taille et la durée de vie sont propices à l’animation scientifique autour de quelques questions bien identifiées. En limitant la taille de nos équipes à moins de 10 membres, nous en avons amélioré la cohérence et la qualité d’animation scientifique par rapport à celle des équipes du quadriennal précédent. 3 Ces 6 équipes regroupent actuellement nos 45 chercheurs et enseignants‐chercheurs et 2 ingénieurs de recherche (Tableau I.2) LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐17‐ Les 224 ITAs non rattachés à des équipes sont regroupés en 5 pôles techniques ; ces derniers sont dotés d’une autonomie de fonctionnement mais la programmation de leurs activités se fait par le biais de comités ad‐hoc5 se réunissant de 1 fois par mois (pôle informatique) à 2 fois par an. Cela leur permet de programmer leur activité sous forme de projets techniques en étroite association avec les projets de recherche demandeurs. Ce mode de fonctionnement est très apprécié des personnels concernés. Le bilan de l’activité de ces pôles se lit à travers celui de notre contribution aux OREs et aux plateaux Envirhônalp, qui fait l’objet de la partie III de ce rapport. 3.
Le découpage des équipes vise à faciliter la mise en œuvre des éléments de stratégie scientifique énoncés plus haut et que lʹon peut résumer ainsi : •
Vision intégrée et multi‐échelles du cycle de lʹeau, en interaction avec le climat et lʹenvironnement. •
Attachement à la compréhension de la physique de la mesure et des voies nouvelles ouvertes par les nouveaux moyens dʹobservation •
Attention particulière portée à lʹétude des interfaces et des couplages, lʹeau étant à la fois un élément de contrôle de ces interfaces, un vecteur de lʹénergie, de lʹhumidité et des espèces chimiques, un agent d’érosion et de transport et un milieu de vie, entre les différents compartiments du milieu continental •
Développement ou utilisation de modèles intégrant les couplages qui gouvernent le comportement de ces interfaces. Tableau II.1 : Description des six équipes du LTHE. Equipe Titre ASP Atmosphère et Systèmes Précipitants Objets Domaine Questions Précipitations Méso à Circulation global atmosphérique Organisation spatio‐temporelle de la pluie Effet de la variabilité atmosphérique et de la surface sur les systèmes précipitants Pluie, sécheresse, dynamique atmosphérique, convection, orographie, climatologie, variabilité/changement climatique, régime pluviométrique, extrêmes HGP HydroGéoPhysique Continuum Local à Inversion mesure géophysique en milieu naturel nappe/sol/CLA régional Télédétection états hydriques de surface Quantification ressource en eau souterraine Hydrogéophysique, ressource en eau, infiltration et recharge, évapotranspiration, nappes, télédétection, assimilation, modélisation SVAT, surfaces urbaines et bâti IBIS Interface et BIlans Spatialisés Bassins versants Méso à Variabilité des forçages et du milieu régional Couplage hydro/météorologique Bilans spatialisés et Transposition Hydrologie régionale, ressource en eau, crues, étiages, modélisation pluie‐débit, hydrologie radar, hydrométrie distribuée, assimilation/ambiguïté/incertitudes RIVER RIvière, ERosion, Contaminants Rivière, versant Local à Processus de transport érosion/ régional ruissellement/suspension/charriage ; crues Contrôles climatiques et humains Ecoulements de surface, érosion, hydraulique fluviale, transport solide, flux de contaminants, qualité des eaux, morphodynamique des rivières, télédétection TRANS
PORE TRANSferts couplés en Poreux Micro à milieux POREux Sols naturels et local hétérogènes urbains Déchets Géomécanique des poreux soumis à grande déformation/transfert/bio‐évolution Transferts et actions couplées thermo‐physico‐
hydro‐chemo‐bio‐mécanique Transport particulaire et réactif Ecoulements en poreux, interaction eau/sol/vivant, qualité des milieux, dégradation des sols, sols urbains, stockage souterrain, déchets, procédés dépollution CERVIN Climat, Eau, Ressources: Zones d’altitude Local à Bilans d’eau et d’énergie des glaciers et des avec forte Variabilité et Impacts couverture nivale régional zones enneigées. Evolutions climatiques et et/ou glaciaire Nivo‐glaciaires impact sur l’extension de ces zones. Equipe créée le 1/01/09 Effectif ITA du laboratoire = 24, mais 2 IRs ont une activité de recherche qui les assimile totalement à des chercheurs ; ils sont donc affectés dans des équipes, l’un d’entre eux ayant d’ailleurs été responsable de l’équipe Transpore au cours de ces 4 ans. 4
5 Comités composés de la direction du laboratoire, des responsables d’équipe et du responsable de pôle concerné, plus d’autres personnels en tant que de besoin, selon l’ordre du jour. LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐18‐ EQUIPE ATMOSPHERE ET SYSTEMES PRECIPITANTS (ASP) TABLEAU DES PERSONNELS
Nbre permanents
au 1er janv. 2006
(Nb HDR)
9 (4)
Nbre permanents
au 1er janv. 2009
Nbre HDR Nbre doctorants
doctorants soutenus
en cours
(Nb HDR) ; E ; S ; C* (Min.,CNRS,IRD,Autre)
8 (2) ; +1 ; -3 ; +1
3 - 5 (2 ; 1, 2, 0)
(Idem)
7 (3 ; 0, 1, 3)
Post-docs et
visiteurs
Masters
(Pers / An)
2
14
* E : entrants (permanents recrutés sur la période) ; S : sortants du labo ; C : changement équipe au sein du labo
1
Introduction (contexte, création, perspective stratégique …) L'équipe ASP a commencé à fonctionner en juillet 2006. Son principal objet d’étude sont les processus
atmosphériques qui génèrent et organisent les systèmes précipitants, en analysant en particulier leur lien
avec la dynamique atmosphérique de grande échelle et les processus de surface.
Situées à l’interface des communautés « Atmosphère » et « Surfaces Continentales », nos recherches
s’inscrivent conjointement dans les prospectives INSU-OA de Lille (2005) et INSU/EDD-SIC de
Strasbourg (2007). Elles bénéficient également de l’ancrage régional d’Envirhônalp. La collaboration
avec le laboratoire PACTE (UJF) a permis d’intégrer une composante sociétale dans l’analyse des
phénomènes extrêmes.
Dans ce contexte, notre démarche pluridisciplinaire vise à :
• améliorer la compréhension et la représentation des phénomènes hydrométéorologiques
• capitaliser les connaissances acquises par le développement et la consolidation de modèles
statistiques ou à bases physiques,
• définir les moyens d’observation adaptés,
• évaluer les risques hydrologiques, sanitaires et sociaux par une meilleure connaissance des aléas.
Ces objectifs figurent également parmi les axes scientifiques fondateurs des deux Systèmes d’Observation
(SO) AMMA-CATCH et OHM-CV (voir partie III). La Figure 1 présente une schématisation de notre
questionnement scientifique qui recouvre une large gamme d’échelles spatio-temporelles en se focalisant
sur quelques objets dans le cadre des deux SO labellisés par l’INSU.
Figure 1 : Questionnement scientifique (en encadré noir) et objets étudiés (en encadré de couleur) dans le cadre des
deux SO
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐19‐ L’étude de la pluie est au cœur de nos activités. Son observation, son origine, sa structure spatiotemporelle ainsi que son devenir à l’échelle des hydrosystèmes définissent notre fil conducteur, original à
l’échelle nationale. Nos recherches bénéficient d’un cadre coopératif où nous avons toujours le souci
d’assurer le lien entre le LTHE et la communauté « atmosphérique » nationale et internationale. Le
CNRM, le LMD, le LA et le LaMP sont des laboratoires partenaires avec lesquels nous menons des
projets nationaux et européens dans lesquels nous assurons l’interface avec la communauté
« hydrologique ». A travers AMMA et HyMeX, nous renforçons notre savoir-faire sur l’observation et
l’analyse de la variabilité des systèmes convectifs en collaboration avec nos partenaires étrangers. Plus
récemment, et au plan grenoblois, nous engageons une réflexion sur la modélisation régionale du climat
où il s’agit d’étudier l’impact du changement climatique à l’échelle régionale sur la ressource en eau.
Notre équipe s’implique plus particulièrement sur les Alpes, le Massif Central et l’Afrique de l’Ouest.
Deux départs ont été très pénalisants pour la dynamique scientifique de l’équipe. Nick Hall (CR CNRS) a
été promu Professeur à l’Université Paul Sabatier de Toulouse en janvier 2007 et Henri Laurent (DR
IRD) est décédé en mai 2007. Ces deux chercheurs seniors de grande valeur portaient la composante
dynamique de grande échelle de l’équipe, ce qui a conduit à réorienter nos activités sur des échelles
spatiales plus petites. Par ailleurs, Christophe Messager (IE-CNRS) a été promu IR au LPO à Brest en
octobre 2006, fragilisant ainsi nos développements numériques par manque de support technique pérenne.
L’équipe a été renforcée par le recrutement de Benoît Hingray (CR1-CNRS) en novembre 2007, pour
travailler sur les questions liées à la régionalisation du climat.
L’équipe a bénéficié de soutiens financiers des programmes nationaux (ANR VMCS et RiskNat, EC2CO,
LEFE, GICC), européens (FLOODsite, HYDRATE, AMMA-EU du FP6, INTERREGIIIb-AMPHORE)
et internationaux (API-AMMA).
2
Objectifs L'équipe s'est attachée à caractériser la variabilité des systèmes précipitants sur une large gamme
d'échelles en contribuant ainsi à l'étude des régimes climatiques régionaux et des impacts sur le cycle de
l'eau en termes de ressources et de risques hydrométéorologiques.
Sur ce présent quadriennal, ASP a contribué à répondre aux 3 objectifs suivants :
1) L’étude de l’effet de la variabilité atmosphérique sur les systèmes précipitants.
2) L’analyse des structures spatio-temporelles des systèmes convectifs de méso-échelle tropicaux et
méditerranéens et des processus de convection associés.
3) La mise en place d’une démarche intégrée pour l’évaluation de l’impact de la variabilité spatiale et
temporelle des précipitations sur la réponse hydrologique des hydrosystèmes, la santé et la vulnérabilité
des territoires.
3
Méthodes et Moyens Pour atteindre ces objectifs, les moyens mis en oeuvre conjuguent l'observation, l'analyse de données et la
modélisation. L’équipe ASP joue un rôle majeur dans l’élaboration des bases de données pluviométriques
des SOs AMMA-CATCH et OHMCV, en validant les observations pluviométriques et en s’appliquant,
notamment pour la base OHMCV, à la rendre accessible pour des études climatologiques. L’équipe porte
également le suivi et l’assistance auprès des membres du laboratoire pour l’accès aux ré-analyses
européennes ERA40 et aux données SAFRAN.
3.1 OBSERVATIONS Ce quadriennal a été marqué par la participation de 3 membres de l’équipe à la période d’observations
renforcée du programme AMMA (EOP, 2005-2007) et à la préparation des observations qui seront
déployées dans le cadre du Chantier Méditerranée. Dans ces deux cadres, notre expertise
concerne l’analyse des distributions en taille des gouttes observées à partir de disdromètres
optiques (voir encadré ASP-1) et la qualification du radar bande X polarimétrique pour documenter
les systèmes convectifs (ASP-2).
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐20‐ L’équipe prend part au développement du réseau européen d’observation des éclairs LINET(encadré
ASP-3). Collaborations : LTHE-IBIS ; Université Abomey Calani (Bénin); DMN (Bénin) ; DSO-Météo
France ; LCPC ; Université de Wageningen ; Université de Munich.
3.2 ANALYSE DE DONNEES ET MODELISATION Notre démarche scientifique s’appuie sur des analyses combinant l’analyse statistique de données de
pluie et de variables atmosphériques avec des modèles à base physique de complexité différente afin
de mieux comprendre les interactions entre la dynamique de l’atmosphère, le transport d’humidité dans
l’atmosphère avec la structure spatio-temporelle de la pluie.
Notre démarche scientifique s’appuie sur la combinaison entre les analyses statistiques de données de
pluie et de variables atmosphériques et des modèles à base physique de complexité différente, afin
de mieux comprendre les interactions entre la dynamique de l’atmosphère, le transport d’humidité dans
l’atmosphère avec la structure spatio-temporelle de la pluie.
L’équipe ASP dispose ainsi d’une solide expérience en analyse statistique des précipitations et en
particulier en géostatistique. Nous utilisons le modèle atmosphérique MesoNH (Encadré ASP-3) et le
modèle dynamique aux équations primitives (Encadré ASP-5), développé par N. Hall, pour des études
relatives aux processus et à la dynamique des systèmes précipitants. Au cours du quadriennal, nous avons
contribué au développement de la plateforme LIQUID pour la mise en place d’une modélisation
hydrologique distribuée à l’échelle régionale (Encadré SOM-1).
Enfin, nos calculs sont effectués sur la plateforme informatique grenobloise MIRAGE, et nous avons
bénéficié de 1786 heures sur la NEC de l’IDRIS. Collaborations : LTHE-IBIS ; LA ; LEGOS ; Cemagref ;
HYDROwide.
4
Résultats 4.1
DYNAMIQUE DE L’ATMOSPHERE, ET IMPACT DES CHANGEMENTS CLIMATIQUES Il s’agit ici d’étudier la variabilité atmosphérique interne (dynamique) et externe (forcée par les
changements climatiques) pour mieux comprendre l’évolution la réponse hydrologique des
hydrosystèmes et les impacts associés. L’accent est mis sur les régions tropicales et sur les Alpes.
L’étude de la dynamique des ondes d’est africaines et leur lien avec le régime de mousson a été menée en
combinant des analyses de données (ASP-4) et des simulations contrôlées (ASP-5). Nous avons montré
comment ces ondes s’insèrent dans les oscillations intra-saisonnières du flux de mousson et leur
interaction avec la convection et la pluie dans les phases actives et inactives du flux de mousson (ASP-4).
Leur origine et leur relation avec l’AEJ ont été démontrées à partir de simulations contrôlées qui montrent
que la réponse à une perturbation convective prend en quelques jours la forme caractéristique d’une onde
d’Est et que l’intensité de cette onde est plus importante lorsqu’elle est associée à un jet (ASP-5).
Collaborations : CNRM ; LMD ; NOAA, University of Albany.
Une première étude sur l’impact de l’évolution future du climat sur les risques générés par les maladies
à vecteurs en Afrique de l’Ouest a montré (Encadré ASP-6) qu’une diminution des précipitations de 20%
dans le climat futur pourrait se traduire par une baisse de 90% de la production de moustiques.
Collaborations : LTHE-IBIS ; CERFACS ; CNRM-GAME ; CRC ; Ecole Vétérinaire de Lyon
Pour les régions tempérées, nous avons engagé des études de régionalisation du climat où l’objectif est de
scénariser l’impact du changement climatique sur les forçages météorologiques, sur les variables d’état et
sur les régimes hydrologiques. Ces recherches ont conduit à l’identification de relations statistiques
d’échelles permettant de générer des scénarios météorologiques à l’échelle de bassins alpins à partir de
variables atmosphériques à grande échelle.
Collaborations : CEN ; CERFACS ; EdF.
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐21‐ 4.2
CARACTERISATION DES SYSTEMES CONVECTIFS. On s’intéresse ici à la description quantitative de la pluie et de ses origines physiques en combinant des
approches expérimentales avec des analyses statistiques et des résultats de simulations atmosphériques à
base physique.
Nos études sur la climatologie des précipitations en zone de relief méditerranéen s’appuient sur des
résultats statistiques (ASP-7) qui montrent qu’il existe un lien fort entre le positionnement des
extrêmes pluviométriques sur le relief et le pas de temps d’intégration des cumuls. Ces résultats
mettent en évidence deux types de convection dominant le régime pluviométrique de la région Cévennes Vivarais : la convection profonde, associée à de fortes intensités de précipitation sur de courts pas de
temps, dont la signature orographique est peu lisible, et la convection peu profonde, qui s’organise de
façon privilégiée sur les massifs cévenols et qui génère des intensités faibles en moyenne, mais sur de
longues durées. C’est cette hypothèse que nous avons approfondie en étudiant conjointement les systèmes
convectifs à faible développement vertical (dit orographique) (ASP-8) et ceux où le développement
vertical conduit à des extrêmes pluviométriques horaires très forts (ASP-7).
Nous avons évalué la contribution des précipitations orographiques au régime pluviométrique de la région
Cévennes Vivarais et identifié les processus atmosphériques associés (ASP-8). Nous avons progressé
dans la compréhension des relations d'échelles des précipitations extrêmes notamment en zone de relief
marqué. Collaborations : INRIA ; CEMAGREF ; EPFL.
Les observations acquises lors de la campagne AMMA (mesures disdrométriques, radar) offrent un cadre
favorable pour l’étude des systèmes convectifs de méso-échelle tropicaux (ASP-1). L’impact de la
variabilité granulométrique intra et inter événementielle a été étudié i) sur les lois Z-R (ASP-1) et ii) sur
l’estimation quantitative des précipitations via le simulateur développé par Zahiri et al. (2007) (ASP2). Les résultats montrent l’effet dominant de la variabilité inter-événementielle. La cinétique de ces
systèmes convectifs a été étudiée en utilisant la méthode ASH (Averaged Synchronized Hyetogram ;
Depraetere et al., 2009), qui permet d’analyser la cinétique et la cohérence spatio-temporelle des
événements pluvieux traversant un réseau de pluviographes.
Collaborations : LTHE-IBIS ; CNRM
4.3
RETROACTION DE LA SURFACE. Les systèmes précipitants sont sensibles aux variations des conditions de surface. Il est donc nécessaire de
progresser sur la compréhension des processus de couche limite où les hétérogénéités de surfaces sont
importantes et où l’orographie impose sa signature sur la dynamique des basses couches de l’atmosphère.
Les processus de surface ont été étudiés pour : i) estimer les flux d’évapotranspiration à l’échelle d’un
petit bassin versant au Bénin par l’analyse du signal scintillométrique (Encadré HGP-5) et ii) évaluer la
variabilité spatiale des flux turbulents induits par les hétérogénéités de surface par des simulations LES
avec le modèle MesoNH couplé au SVAT SURFEX. Collaborations: LTHE-HGP ; LTHE-IBIS.
Collaborations : LTHE-HGP ; LTHE-IBIS
4.4
HYDROMETEOROLOGIE ET VULNERABILITE FACE AUX CRUES RAPIDES. La question de l’évaluation de la réponse des hydrosystèmes à la variabilité spatiale et temporelle des
précipitations s’impose naturellement dans la continuité des actions de recherche précédentes. Les pluies
estimées et/ou simulées fournissent des prévisions hydrométéorologiques dont la précision est
essentiellement dépendante des échéances temporelles visées. La modélisation hydrométéorologique
régionale contribue donc à la quantification du risque hydrologique, en analysant la réponse des
hydrosystèmes et la vulnérabilité associée aux différentes échéances temporelles des prévisions.
Notre démarche de modélisation hydrométéorologique régionale a été motivée par deux objectifs: i) dans
une phase préparatoire de campagne de terrain intensive, étudier l’impact relatif des propriétés du sol
et de l’estimation quantitative des pluies sur la dynamique des crues (SOM-3) ; ii) évaluer les
potentialités du concept de Flash-Flood Guidance pour la prévision des crues rapides, notamment pour
des bassins non-jaugés (ASP-9 ; Norbiato et al., 2008).
Collaborations : LTHE-RIVER ; CEMAGREF ; JRC-Ispra ; Université de Padoue
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐22‐ La collaboration avec le laboratoire PACTE (UJF) a permis d’intégrer les composantes sociales dans
l'analyse hydrométéorologique des évènements extrêmes cévenols et des effets observés en termes
humains. Les analyses croisées aléa - vulnérabilité (ASP-10) ont permis i) d’affiner la définition du
risque lui-même en montrant l’importance des imbrications d’échelles temporelles et spatiales et ii)
d’identifier les jeux d’acteurs à l’œuvre et des éventuels conflits d’intérêt. Approfondir cette analyse
pluridisciplinaire doit permettre, à terme, de définir les échéances de prévisions adaptées pour diminuer
l’impact socio-économique des événements extrêmes. La collaboration avec PACTE s'est notamment
traduite par la mise à disposition au LTHE de Céline Lutoff (MC UJF) sur la période 2008-2009.
Collaborations : PACTE, Université de Padoue
4.5
ANIMATION SCIENTIFIQUE. Notre équipe a organisé l’Ecole Thématique européenne et interdisciplinaire « Mediterranean storms
driven flash-flood » qui s’est tenu en mai 2006 à Montpezat en Provence, dont les enseignements ont été
portés par 13 chercheurs de 5 pays (Espagne, Finlande, Italie, France, USA) et qui a regroupé 40 jeunes
chercheurs de l’Espace de Recherche Européen. En collaboration avec l’équipe IBIS, nous avons
organisé, à Grenoble, la réunion annuelle FLOODsite en février 2008, le colloque international « Weather
Radar and Hydrology » en mars 2008, et contribué à celle des trois conférences internationales AMMA.
Enfin, la mise en place du Programme International de Recherche en Réseau avec l’Afrique du Sud (P2R
SAFeWater) qui nous a permis d’accueillir Geof Pegram (KwazuluNatal University, Durban) et Matthieu
Rouault (Department of Oceanography, Cape Town), et de renforcer, au niveau du LTHE, les échanges
scientifiques sur l’évolution de la ressource en eau en lien avec la dynamique de grande échelle.
5
Bilan (éléments d’auto‐évaluation) L’équipe a obtenu des résultats marquants, dans le cadre des deux SO du laboratoire, sur i) la
caractérisation de la variabilité pluviométrique aux échelles convectives et les processus atmosphériques
associés ; ii) les liens entre la circulation atmosphérique générale et régionale et les régimes
pluviométriques. Notre positionnement thématique associé à l’environnement propre du laboratoire nous
permet de mettre en place des études d’impact et de contribuer au rapprochement avec la communauté
SHS en proposant, notamment, des analyses croisant l’aléa et la vulnérabilité. Nous souhaitons poursuivre
et consolider cette démarche scientifique centrée sur l’analyse de la variabilité spatio-temporelle des
précipitations et l’identification des processus atmosphériques associés, en considérant les impacts
(hydrologiques, économiques, sociaux) du changement climatique, et ceci pour les deux SO et la région
alpine. Nous avons désormais la taille critique pour proposer un positionnement grenoblois sur la
question de la régionalisation du climat.
La dynamique scientifique de l’équipe est positive, grâce à sa taille et à une animation volontariste
favorisant l’échange scientifique entre tous ses membres. Les interfaces thématiques avec les autres
équipes du laboratoire sont cohérentes. Le recouvrement avec les thématiques de l’équipe IBIS doit
cependant être reconsidéré, notamment sur les activités « radar » et l’analyse géostatistique des
précipitations. Nous devons augmenter notre potentiel d’encadrement doctoral. Par ailleurs l’équipe
sollicite l’appui d’un ingénieur en calcul scientifique.
Notre questionnement scientifique nous conduit à porter deux projets d’observations dans le cadre de la
future campagne HyMeX renforçant ainsi notre activité dans ce domaine, à savoir : i) l’observation des
systèmes précipitants à faible développement vertical et la caractérisation de la structure des pluies
associées, proposition coordonnée avec le LaMP; ii) la mise en place d’un réseau dense d’observation des
éclairs, en collaboration avec le LERMA.
TABLEAU DES PUBLICATIONS
NB : les chiffres du tableau ci-dessous incluent des publications avec des co-auteurs d’autres équipes du LTHE. Le total des
publications ACL comptées par équipe est donc supérieur au total des publis ACL du laboratoire listées en Annexe III.
Nbre publis ACL
2005-2009
Nbre ACLN
2005-2009
Nbre colloques
avec Actes
Ouvrages Chapitres
64
4
7
1-1
L’équipe a aussi contribué de manière importante aux documents fondateurs des projets AMMA et HyMeX et à
plusieurs rapports Européens (INTERREGIIIb-AMPHORE, FLOODsite, AMMA-IP).
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐23‐ Liste des encadrés ASP ASP‐1 Variabilité granulométrique de la pluie et impact sur les relations Z‐R : analyse à partir des DSD observées au sol en région Cévennes Vivarais et en Afrique d’Ouest.
ASP‐2 Observations des Systèmes Convectifs de Méso‐echelle africain par radar. Qualification du radar bande X, polarimétrique, Xport au Bénin.
ASP‐3
Les éclairs : implémentation du réseau LINET et simulation de l’électrisation des orages.
ASP‐4
Perturbations synoptiques, convection et précipitations dans le système de mousson en Afrique de l’Ouest
ASP‐5
Déclenchement des ondes d’est africaines et influence du jet d’est africain.
ASP‐6
Impact de la variabilité des pluies sur le développement des moustiques
ASP‐7
Caractérisation des systèmes précipitants méditerranéens
ASP‐8
Contribution des précipitations orographiques au régime pluviométrique de la région Cévennes-Vivarais et
processus associés.
ASP‐9
Apports des prévisions météorologiques haute résolution pour la mise en vigilance face aux crues rapides
ASP‐10 Analyse croisée Aléa – Vulnérabilité. Caractérisation des échelles spatio-temporelles de l’aléa
hydrométéorologique et des réponses sociales lors d’événements extrêmes.
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐24‐ EQUIPE INTERFACE ET BILANS SPATIALISES (IBIS) TABLEAU DES PERSONNELS Nbre permanents
au 1er janv. 2006
(Nb HDR)
11 (5)
Nbre permanents
au 1er janv. 2009
Nbre HDR Nbre doctorants
doctorants soutenus
en cours
(Nb HDR) ; E ; S ; C* (Min.,CNRS,IRD,Autre)
7(4) ; +1 ; -3 ; -2
0 - 7 (3 ; 1 ; 1 ; 2)
Post-docs et
visiteurs
(Idem)
(Pers / An)
4 (1 ; 0 ; 0 ; 3)
3
Masters
12
* E : entrants (permanents recrutés sur la période) ; S : sortants du labo ; C : changement équipe au sein du labo
1. Introduction (contexte, création, perspective stratégique) Lʹéquipe IBIS s’est constituée en 2006 par fusion d’une partie des équipes « Hydrométéorologie » et
« Hydrologie et Hydraulique de Bassin » du quadriennal précédent pour l’étude du cycle continental de
l’eau à l’échelle régionale dans un contexte de pression anthropique et de changement climatique. Il
s’agit d’une équipe thématique s’appuyant sur des savoir-faire en traitement de données spatialisées et
en modélisation hydrologique qu’elle souhaite développer et mutualiser sur plusieurs chantiers,
particulièrement dans le cadre des deux SO AMMA-CATCH et OHM-CV (voir Partie III de ce
rapport). La principale originalité de l’équipe est d’associer des spécialistes de l’estimation quantitative
des précipitations (radars météorologiques, réseaux pluviométriques), de la caractérisation des états de
surface par télédétection et de la modélisation hydrologique fondée entre autres sur les concepts de
TopModel (Beven 1997). Au cours du quadriennal, ces compétences ont été mises au service de
l’estimation de bilans hydrologiques à diverses échelles spatiales et temporelles pour l’étude des
ressources en eau en Afrique de l’Ouest ainsi que pour la prévision spatialement distribuée des crues
associées aux précipitations intenses des régions méditerranéennes. Outre les deux chantiers africain et
méditerranéen, un investissement significatif a été effectué au début du quadriennal sur la zone alpine,
contribuant à l’émergence de l’équipe CERVIN à mi-quadriennal.
L’équipe a interagi fortement avec plusieurs laboratoires et organismes au niveau national (Cemagref,
CESBIO, CNRM, HSM, LCPC…) et international avec d’une part le réseau de laboratoires et
d’universités impliqués dans le projet AMMA et d’autre part les laboratoires européens contribuant aux
projets FLOODsite et HYDRATE. Les travaux ont été soutenus par les programmes nationaux (APIAMMA, EC2CO,LEFE,ANR), l’UE et le SCHAPI du MEEDATT.
2. Objectifs Les objectifs scientifiques génériques de l’équipe sont de :
•
•
•
•
Calculer des bilans hydrologiques spatialisés sur une gamme d’échelles étendue (kilométrique à
régionale ; événementielle à pluri-annuelle) et estimer les incertitudes associées.
Analyser la sensibilité de ces bilans à la variabilité spatio‐temporelle des forçages et à
l’hétérogénéité des caractéristiques du milieu.
Etudier les échelles caractéristiques du couplage météorologie/hydrologie, en fonction
d’objectifs particuliers (ressources en eau, risque hydro-météorologique)
Proposer des méthodes pour transposer les bilans à d’autres bassins et/ou échelles.
3. Moyens et méthodes 3.1 OBSERVATION La période d’observations renforcées d’AMMA s’est déroulée de 2005 à 2007. Les campagnes de mesure
réalisées
ont
fait
l’objet
d’une
évaluation
nationale
en
2008
(http://ammainternational.org/france/resume/index). Les nombreux aspects novateurs de ces campagnes ont été
soulignés, que ce soit au niveau de l’ampleur et de la durée du déploiement instrumental que de la
diversité des processus documentés. L’équipe IBIS a joué un rôle important dans ce programme : 3
chercheurs ont été expatriés pour une durée de 2 à 4 ans, dont deux en tant que capitaines de site et un en
tant que responsable de l’International Coordination and Implementation Group. Dans un environnement
difficile, plusieurs centaines de capteurs ont été installés pour couvrir un territoire de plusieurs millions de
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐25‐ km² avec un taux de fonctionnement dépassant le plus souvent 80%. Plusieurs publications rendent
compte de cet effort qui nourrit actuellement les recherches d’une communauté de plusieurs centaines de
scientifiques répartis sur une trentaine de pays (Redelsperger et al. 2006a ; Lebel 2008 ; Lebel et al.
2009 ; Cappellaere et al. 2009). La période d’observation renforcée s’inscrit dans une stratégie
d’observation de plus long terme qui permettra de documenter l’évolution d’un éco-système régional en
forte transition, tant au plan environnemental que climatique.
Les Observations en région méditerranéenne. Au cours du quadriennal, l’équipe IBIS a été fortement
impliquée dans deux tâches d’observation de l’OHM-CV. La première concerne la collecte et la mise en
forme des observations opérationnelles de précipitations et de débits des rivières (Météo France,
SPCGD, EDF/DTG) ainsi que le déploiement de capteurs granulométriques dans les Cévennes. La
deuxième a consisté à développer les retours d’expérience hydrologiques sur les événements extrêmes.
Initiée avec le cas des 8-9 septembre 2002 dans le Gard (encadré IBI-08), cette approche a été enrichie
dans le cadre du projet HYDRATE (http://www.hydrate.tesaf.unipd.it/) avec plusieurs études de cas en
Europe. L’équipe participe par ailleurs activement à l’animation scientifique de l’OHM-CV et à la
préparation du projet HyMeX (http://www.hymex.org) avec des contributions aux documents fondateurs
du projet et à sa coordination internationale.
Les Observations en zone montagneuse. Depuis 2007, des recherches sur l’étude des variations
bioclimatiques en milieu alpin sont coordonnées par la Zone Atelier Alpes (ZAA) labellisée par le
CNRS-InEE fin 2008. La ZAA développe un réseau de recherches pluridisciplinaires sur le thème
‘Dynamiques couplées des écosystèmes alpins, de leurs usages, et du climat’, s’appuyant sur les
observations et expérimentations à long terme menées dans le Vercors pour l’équipe.
3.2 ANALYSE DE DONNEES L’étude des bilans d’eau spatialisés s’appuie sur une combinaison d’observations directes, essentiellement
ponctuelles, et d’observations par télédétection active ou passive. L’équipe développe des méthodes de
traitement et d’analyse de ces différentes sources de données.
1) Caractérisation de la variabilité de la pluie
A partir de données sol. Ali et al. (2005a) ont proposé un modèle d’invariance d’échelle pour
caractériser la structure spatiale des pluies sahéliennes et les erreurs d’estimation en résultant à diverses
échelles spatiales et temporelles. Kirstetter et al. (2009) ont revisité la question de l’établissement de
valeurs de référence pour l’évaluation de la qualité des estimations de pluie par radar. Berne et al. (2009)
ont proposé une méthode originale de caractérisation de la structure spatiale des champs de pluie
s’appuyant sur le variogramme de l’indicatrice. Une méthode a été développée dans la thèse de F.
Gottardi, pour l’estimation multi-capteurs des précipitations en haute montagne (IBI-02).
A partir de données radar. Sur ce thème, l’équipe IBIS a contribué aux actions du chantier Méditerranée
avec des collaborations fortes avec Météo-France et les partenaires européens (FLOODsite et
HYDRATE). Un système modulaire de traitements régionalisés et adaptatifs de données radar pour
l’hydrologie (IBI-01) a été élaboré (thèses de B. Chapon et de P.-E. Kirstetter ; Delrieu et al. 2009). Une
autre série de travaux a été consacrée à l’estimation quantitative des pluies dans le contexte des retours
d’expérience hydrologiques (Bouilloud et al. 2009). Nous avons aussi contribué au développement de
l’opérateur d’observation radar du modèle AROME (Caumont et al. 2006). Enfin, l’équipe a organisé le
symposium international « Weather Radar and Hydrology » (http://www.wrah-2008.com) qui a attiré
140 chercheurs du monde entier. Un numéro spécial de la revue Advances in Water Resources a permis
de dresser un état de l’art et de proposer des pistes de recherche ainsi que de publier un ensemble
d’articles représentatifs des avancées récentes.
2) Caractérisation de l’interface par imagerie satellitale. La télédétection spatiale permet la
caractérisation et le suivi des états de surface, suivi particulièrement important pour établir des bilans
hydrologiques corrects. Dans le cadre d’AMMA, les recherches de l’équipe ont été organisées selon 3
axes : (1) optimisation des algorithmes de classification supervisée pour le suivi de l’occupation du sol
des trois super-sites au Mali, Niger et Bénin (IBI-05) ; (2) détection de changements d’occupation du sol
au Niger, sur une vingtaine d’années, à partir de données SPOT/HRVIR et LANDSAT (thèse O.
Amogou) et suivi intra-saisonnier de la dynamique de la végétation au Bénin par fusion multi-capteurs
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐26‐ (SPOT/VGT, SPOT/HRVIR) ; (3) suivi et validation par le réseau terrestre AMMA/CATCH de
l’humidité superficielle du sol au Niger, par radar ASAR/ENVISAT (Zribi et al. 2007) et diffusiomètre
ERS (Zribi et al., 2009). Dans le cadre de la ZAA, un atlas de l’enneigement du Vercors a également été
élaboré grâce à l’imagerie SPOT4-VEGETATION sur la période 1998-2008.
3.3 MODELISATION L’expertise de l’équipe en modélisation hydrologique s’appuie principalement sur TopModel, conçu pour
prédire les écoulements rapides de surface et de subsurface à partir d’une conceptualisation fondée sur un
indice de similarité hydrologique s’appuyant sur l’analyse de la topographie du bassin versant. Dans le
cadre du couplage hydrométéorologique, il importe par ailleurs d’adapter et/ou de désagréger les sorties
des modèles atmosphériques aux échelles spatiales et temporelles compatibles avec la dynamique
hydrologique.
1) Modélisation hydrologique. Que ce soit dans le cadre de l’OHM-CV pour l’étude de la réponse
hydrologique aux pluies extrêmes, ou dans le cadre d’AMMA pour l’étude des ressources en eau, notre
approche a été dictée par un souci de minimisation de la complexité, afin de pouvoir représenter les
processus dominants dans chaque contexte et proposer des bilans d’eau spatialisés (IBI-06).
Dans les Cévennes, l’effort a porté sur la régionalisation de TopModel. Les développements
méthodologiques ont concerné un mailleur hydrologique permettant de subdiviser la zone d’étude en
mailles hydrologiques irrégulières de taille fixée, suivant la topographie, avec application d’un TopModel
pour chaque maille (modèle n-TopModels ; Le Lay et Saulnier, 2007). L’équipe a également contribué au
couplage de ISBA et TopModel mené au CNRM-GAME (Vincendon et al. 2008).
En Afrique de l’Ouest, l’effort a porté sur l’implémentation de deux modélisations différentes en zone
sahélienne et soudanienne afin de tenir compte de leur spécificité. En zone soudanienne, Varado et al.
(2006) ont mis en évidence la nécessité de prendre en compte les écoulements de subsurface afin de
modéliser correctement le comportement hydrologique de la région. Une version de TopModel
(TopAMMA) a ainsi été développée et appliquée au bassin versant de la Donga (Le Lay et al. 2008). En
zone sahélienne, Vischel et Lebel (2007) ont utilisé le modèle ABC, plus à même de représenter la
génération de ruissellement de type hortonien.
2) Adaptation et utilisation ensembliste de prévisions météorologiques, désagrégation stochastique
Pour élaborer des prévisions quantitatives et probabilistes de précipitations, on a poursuivi le
développement de la méthode par recherche de situations analogues. Il s’agit d’une adaptation
statistico-dynamique des sorties de modèles météorologiques, qui fournit pour chaque jour la distribution
statistique des pluies conditionnée par la situation météorologique attendue (Bontron et al. 2005 ; thèses
R. Marty et A. Ben Daoud). Les prévisions quantitatives de précipitations sont souvent fournies sur des
pas de temps trop grands (12 ou 24 h) pour la modélisation hydrologique et il importe de les désagréger
(IBI-09).
La thèse de T. Vischel a permis de poursuivre le développement d’un modèle de
simulation/désagrégation de champs de pluie au Sahel fondé sur l’algorithme de Gibbs (IBI 03). La
capacité du modèle à retranscrire la variabilité spatio-temporelle des champs issus de systèmes convectifs
de méso-échelle a été validée grâce aux données AMMA-CATCH Niger.
4. Résultats 4.1 ESTIMATION ET CLIMATOLOGIE DES PRECIPITATIONS Précipitations sahéliennes et soudaniennes. Les travaux menés en région sahélienne (Ali et al. 2005 ;
Lebel et al. 2009) ont permis d’unifier un cadre méthodologique pour la caractérisation de la variabilité
des précipitations à partir de réseaux pluviométriques sur une gamme d’échelle événementielle à pluriannuelle. La thèse d’E. Lawin a donné de premiers éléments comparatifs entre les climatologies
sahélienne et soudanienne.
Précipitations en région méditerranéenne. Delrieu et al. (2009) ont montré que la structure verticale des
précipitations conditionnait fortement la qualité des estimations de pluie par radar avec des performances
très bonnes pour les systèmes convectifs de méso-échelle et plus modestes pour les systèmes frontaux et
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐27‐ de convection peu profonde (IBI-01). Berne et al (2009) ont par ailleurs quantifié les structures spatiales
de ces systèmes précipitants qui diffèrent notablement en raison d’effets liés à la taille et à l’advection des
cellules pluvieuses.
Précipitations en haute montagne. Appliqué sur les Alpes Françaises, les Pyrénées et le Massif Central, la
méthode de ré-analyse de F. Gottardi a donné des résultats très encourageants de par le caractère régional
du mode de reconstitution et par l’assimilation d’informations nivologiques (IBI-02). La prise en
compte des données de neige a été déterminante puisque des différences de plusieurs centaines de mm ont
été constatées dans les zones d’altitude quand elles sont assimilées. Cette méthodologie a permis de
proposer des ré-analyses pluviométriques journalières sur 50 ans au pas de 1 km².
4.2 ETUDE DE LA REPONSE DES HYDROSYSTEMES D’AFRIQUE DE L’OUEST AU CHANGEMENT D’USAGE DES SOLS ET AU CHANGEMENT CLIMATIQUE Processus et régimes hydrologiques. On observe au Sahel, tant à l’échelle locale que régionale, que la
dégradation des sols et de la végétation se poursuit malgré la ré-augmentation progressive des
précipitations. Il en résulte un ensemble de conséquences sur le cycle de l’eau connu sous le nom de
« paradoxe du Sahel » (IBI-04 ; Descroix et al. 2009). En climat soudanien, les pluies sont rares durant
la première partie de la saison des pluie (avril-juin), qui se situe avant le saut de mousson (Le Lay et
Galle, 2005a). Cette intermittence permet une reprise presque complète de l’eau par évapotranspiration
entre les événements pluvieux. Après le saut de mousson, les pluies sont plus régulières et les
ruissellements en rivières commencent à être observés. Cette répartition des pluies agit également sur la
phénologie des espèces végétales (Seghieri et al. 2009). La discontinuité de conductivité observée dans
le premier mètre de sol par essai Beerkan est classique des climats tropicaux (de Condappa et al., 2008).
Cette barrière à l’écoulement induit une nappe perchée qui va ensuite contribuer à alimenter la rivière.
Les différents modèles hydrologiques mis en œuvre ont tous dû prendre en compte cette discontinuité
pour simuler correctement les écoulements. Les modèles diffèrent dans leurs estimations de la répartition
nappe/évapotranspiration au cours de l’année. Une meilleure simulation du bilan passe par l’observation
du terme d’évapotranspiration. Une première étude a permis de confronter différents types de données
pour estimer ce terme (Guyot et al. 2009).
Bilans hydrologiques et impacts
La variabilité du climat actuel interagit avec les changements environnementaux et modifie l'hydrologie
sahélienne (Lebel et al. 2009) et soudanienne (Le Lay et al., 2007). Balme et al. (2006) montrent en
particulier comment les systèmes convectifs de méso-échelle, qui produisent 80% du cumul
pluviométrique annuel, expliquent la forte variabilité spatiale de la pluie du pas de temps événementiel
jusqu'au pas de temps annuel. Cette forte variabilité spatiale influe sur la réponse des systèmes
hydrologiques (Vischel et Lebel 2007) et agronomiques (Balme et al. 2005) et génère des erreurs
lorsque l'on utilise, en entrée des modèles, des données de forçage qui la sous échantillonnent. En zone
soudanienne, c’est l’évapotranspiration qui est le terme du bilan le plus affecté en cas de réduction de la
pluviométrie (Le Lay et Galle 2005b).
Sur la base des échelles caractéristiques identifiées, un modèle de simulation et désagrégation de pluie
(IBI-03) a été appliqué pour étudier comment des scénarios de régime pluviométrique (modification de
l’occurrence, l’intensité, l’extension spatiale des systèmes convectifs) se traduisent sur le ruissellement de
surface (Vischel et al. 2009) comme sur la dynamique des mares qui peut influencer le cycle de
reproduction des moustiques (Gerbaux et al. 2009). Il a notamment été montré l'impact fortement
préjudiciable sur le ruissellement de surface que pourrait provoquer la diminution du nombre des
événements les plus intenses dans les années futures au Sahel comme en climat soudanien.
4.3 ETUDE DU RISQUE DE CRUE ASSOCIE AUX PLUIES INTENSES EN REGIONS MEDITERRANEENNE ET ALPINE Prévision des pluies par analogues et chaîne de prévision hydrométéorologique
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐28‐ La méthode de prévision des pluies par recherche d’analogues fonctionne en temps réel depuis 2005 (site
internet de l’OHM-CV, voir Partie III). Les développements en cours concernent l’extension vers de
grands bassins (Seine et Saône ; thèse A. Ben Daoud) mais aussi vers des pas de temps plus réduits de 12
ou 6 h pour les premières 48 heures (thèse R. Marty). La chaîne de prévision hydrométéorologique (IBI07) a été testée avec succès dans la thèse de L. Moulin pour la Haute Loire et sur l’OHMCV.
Etude de la réponse hydrologique spatialisée des bassins cévenols
L’approche n-TopModel a été mise en place pour la modélisation des crues avec une résolution spatiale et
temporelle adaptée à la dynamique hydrologique des bassins cévenols. Une première étude a permis de
montrer que la qualité des prévisions en divers points jaugés (information non utilisée en calibration) au
sein des grands bassins était relativement satisfaisante. Elle a également permis de hiérarchiser l’influence
du niveau de spatialisation des pluies et des états hydriques initiaux ainsi que des paramètres du modèle
sur la réponse hydrologique spatialisée (IBI-06). Pour la reconstitution de l’épisode des 8-9 septembre
2002 (IBI-08), ce même modèle a pu être évalué de façon plus complète grâce aux estimations de débit
maximum du retour d’expérience.
5. Bilan (Eléments d’auto‐évaluation) L’équipe s’est fortement investie dans les tâches d’observation au cours du quadriennal, notamment sur
AMMA, ce qui constitue un investissement important pour le futur. Cet effort ne s’est pas fait au
détriment de la production scientifique qui est abondante et de qualité au cours de la période de référence.
Les interactions ont été fructueuses avec les équipes ASP et HGP.
On note un recouvrement thématique important avec l’équipe ASP qui s’est accentué au cours du
quadriennal suite aux mouvements de personnels des deux équipes. Au fil du temps, il est également
apparu difficile de faire vivre une équipe thématique de petite taille (décroissance des effectifs de
permanents de 11 à 7) avec la pression des engagements sur les deux chantiers principaux et l’émergence
forte du chantier alpin. C’est pourquoi, malgré la pertinence des thématiques et la qualité des résultats
obtenus par l’équipe IBIS, une recomposition majeure a été proposée pour le prochain quadriennal en lien
avec les équipes HGP, ASP et CERVIN.
Il a également été reconnu qu’un enjeu fondamental pour le laboratoire concernerait l’intégration des
outils (modèles, traitements de données) et des observations (AMMA-CATCH, OHM-CV,
GLACIOCLIM) dans une plateforme commune, le plateau SOMME d’Envirhônalp apparaissant comme
le cadre naturel de cette intégration.
TABLEAU DES PUBLICATIONS
NB : les chiffres du tableau ci-dessous incluent des publications avec des co-auteurs d’autres équipes du LTHE. Le total des
publications ACL comptées par équipe est donc supérieur au total des publis ACL du laboratoire listées en Annexe III.
Nbre publis ACL
2005-2009
Nbre ACLN
2005-2009
Nbre colloques
avec Actes
Ouvrages Chapitres
65
9
20
3-7
L’équipe a aussi contribué de manière importante aux documents fondateurs des projets AMMA et HyMeX et à plusieurs
rapports Européens (INTERREGIIIb-AMPHORE, FLOODsite, AMMA-IP).
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐29‐ Liste des encadrés IBIS IBI‐01 Traitements régionalisés et adaptatifs de données radar pour l’hydrologie (encadré IBIS‐ASP) IBI‐02 Estimation et analyse des précipitations en montagne IBI‐03 Un simulateur statistico‐dynamique de champs de pluie pour étudier l’impact de la variabilité pluviométrique de méso‐échelle sur la réponse des hydrosystèmes. IBI‐04 Le paradoxe du Sahel IBI‐05 Caractérisation de la surface en Afrique de l’Ouest par télédétection satellitale. IBI‐06 Modélisation hydrologique à l’échelle régionale IBI‐07 Utilisation de prévisions probabilistes de précipitations dans une chaîne de prévision hydrométéorologique adaptée aux crues rapides IBI‐08 Reconstitution hydrologique et hydraulique de l’événement catastrophique des 8‐9 septembre 2002 LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐30‐ EQUIPE HYDROGEOPHYSIQUE (HGP) TABLEAU DES PERSONNELS
Nbre permanents Nbre permanents
au 1er janv. 2006 au 1er janv. 2009
(Nb HDR)
Nbre HDR Nbre doctorants Post-docs
et visiteurs
doctorants soutenus
en cours
(Nb HDR) ; E ; S ; C* (Min.,CNRS,IRD,Autre)
(Idem)
Masters
(Pers / An)
8 (3)
7 (2) ; 0 ; -1 ; 0
0 - 1 (1 ; 0, 0, 0)
4 (0 ; 2, 0, 2)
2
0
* E : entrants (permanents recrutés sur la période) ; S : sortants du labo ; C : changement équipe au sein du labo
nappe
ZNS
1 Introduction (contexte, création, perspective stratégique … L’équipe HGP a été créée en 2005 suite à l’arrivée au LTHE de trois
hydrogéophysiciens de l’IRD spécialistes dans des techniques novatrices de
caractérisation et de suivi des aquifères souterrains. A ces trois
hydrogéophysiciens se sont ajoutés un spécialiste de la mesure de la teneur en
eau en zone non-saturée afin d’étudier les interactions entre la nappe et la
proche surface, ainsi que deux chercheurs spécialisés respectivement dans la
télédétection de l’état hydrique des sols et dans la quantification des flux
turbulents à l’interface sol-atmosphère.
L’équipe rassemble des compétences pluridisciplinaires autour de la
problématique du suivi de l’eau dans le continuum nappe- sol-végétationatmosphère. Sa spécificité consiste à développer et /ou à mettre en œuvre de
nouveaux capteurs géophysiques (au sens large du terme) dans le but d’établir
des flux et des bilans quantitatifs des différentes composantes des
hydrosystèmes continentaux et de leur interaction avec l’atmosphère. Une
vision 1D verticale du suivi des mouvements de l’eau dans le sol jusqu’à la
surface a été volontairement choisie pour ce quadriennal.
La variété, au demeurant nécessaire, des instruments de mesures à
implémenter et des compartiments à documenter d’une part, la complexité des
interactions entre ceux-ci d’autre part, requièrent également l’utilisation de
modèles hydrologiques pour une représentation intégrée du cycle de l’eau.
L’intégration de sources variées de mesures dans la modélisation constitue
une préoccupation essentielle de l’équipe HGP, dans l’optique de fournir des
bilans quantitatifs des flux d’eau entre l’atmosphère et le proche sous-sol (0100 m), pour différents contextes géologiques et climatiques.
2 Objectifs 2.1 QUANTIFIER LES FLUX D’EAU A L’AIDE DE MESURES GEOPHYSIQUES Le développement et/ou la mise en œuvre de nouveaux capteurs géophysiques (au sens large) pour
caractériser, quantifier et modéliser les différentes composantes du cycle continental de l’eau (en termes
de flux et de bilans) à différentes échelles rejoint certaines recommandations de la prospective de
l’INSU/EDD-SIC de Strasbourg (2007). Dans ce cadre, l’équipe HGP vise de façon plus spécifique à :
• Développer et évaluer de nouveaux instruments géophysiques : Résonance Magnétique Protonique
dans le champ terrestre (RMP), spectrométrie d’impédance, radiomètre et scintillomètre micro-ondes
• Améliorer la précision de la caractérisation des paramètres hydriques des roches et des sols
(porosité, perméabilité, état des surfaces continentales, échanges entre la zone non saturée et
l’atmosphère) par des méthodes géophysiques,
• Améliorer et fiabiliser les algorithmes d’assimilation des données satellites et les techniques
d’inversion des mesures de tomographie électrique et de RMP pour des géométries d’aquifères
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐31‐ complexes,
• Intégrer les résultats géophysiques dans la modélisation hydrodynamique des écoulements
souterrains et des échanges de masse et de chaleur entre le sol et l’atmosphère.
3 Méthodes et Moyens 3.1 LES METHODES ET OUTILS HYDROGEOPHYSIQUES MIS EN OEUVRE •
•
•
•
•
La scintillométrie infrarouge pour la caractérisation des flux turbulents à l’interface solatmosphère, pour l’estimation de l’évapotranspiration,
La télédétection spatiale dans le domaine des micro-ondes tels AMSR-E (NASA, 2002),
METOP-ASCAT (EUMETSAT, 2006) et terrestre (radiomètre portable en bande S (2 .4 GHz)
pour l’étude de l’état hydrique des surfaces continentales,
La RMP pour les mesures de la teneur en eau in situ à l’échelle hectométrique (100 x 100 x 100
m3) et sur échantillons à l’échelle centimétrique (de 4 x 4 x 4 à 10 x 10 x 10 cm),
Les méthodes tomographiques de résistivité électrique et électromagnétiques dans les domaines
temporel et fréquentiel à différentes échelles,
Les méthodes de mesure de la teneur en eau avec des sondes capacitives.
3.2 LES OBSERVATIONS Les observations réalisées sur site ou en laboratoire sont considérées comme un élément
indispensable et complémentaire aux développements instrumentaux. Tout en contribuant aux études du
cycle hydrologique et des ressources en eau, elles sont utilisées et valorisées en tant que telles pour mieux
comprendre et améliorer la physique de la mesure.
3.3 MODELISATION De façon complémentaire à nos approches instrumentales, nous avons mené des actions de
développement d’outils de modélisation. Elles ont porté sur :
• La modélisation numérique des relations entre des paramètres physiques mesurables avec des
méthodes géophysiques et des flux d’eau entre l’atmosphère et le proche sous-sol.
• L’inversion de la mesure géophysique.
• La modélisation hydrodynamique prenant en compte l’interprétation des mesures géophysiques.
• La modélisation 1D verticale des échanges sol-biosphère continentale.
4 Résultats 4.1 INVERSION DE LA MESURE GEOPHYSIQUE Vers une fiabilisation des suivis temporels de tomographie de résistivité.
Nous avons mis en évidence in-situ une corrélation entre les variations temporelles de résistivité et les
différences de tension dans le sol. Cette relation nous permet d’établir des tomographies non destructives
des zones d’humectation et d’évaporation lors des cycles de pluie au sein de terrains sableux hétérogènes
(HGP-4). D’autre part, les suivis temporels de résistivité doivent être fiabilisés lors de l’inversion de
donnée. Pour attendre ce dernier objectif, deux études majeures ont été conduites par Rémi Clément
(thèse HGP) et son encadrant Marc Descloitres:
• L’évaluation et le traitement des effets d’infiltration de surface lors du suivi temporel géophysique d’un
phénomène hydrologique,
• Le traitement des artefacts d’imagerie de tomographie électrique pour des phénomènes complexes en 2 et 3 D.
Les résultats obtenus ont mis en évidence que ces techniques d’inversion permettent de fiabiliser
l’imagerie géophysique (HGP-11).
4.2 RESONANCE MAGNETIQUE PROTONIQUE EN MILIEU NATUREL. Modélisation numérique du signal RMP
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐32‐ La précision des mesures de distribution de la teneur en eau dans le sous-sol avec la méthode RMP
dépend directement du modèle mathématique utilisé pour l’interprétation des données de terrain.
Plusieurs facteurs naturels peuvent influencer les mesures. Entre autres choses, on peut citer la
conductivité électrique des roches, les variations spatiales et temporelles du champ géomagnétique, la
géométrie des aquifères étudiés. Un modèle mathématique amélioré a été développé et il permet de
diminuer dans certains cas l’erreur d’interprétation des mesures RMP. Ce modèle permet traiter des
situations 2D et 3D. (HGP-8)
Caractérisation hydrogéologique des aquifères
Nous avons montré comment les paramètres RMP permettaient de quantifier les propriétés des aquifères
et de préciser leur fonctionnement:
•
•
•
•
En zone de socle cristallin (Burkina Faso), la profondeur des réservoirs d'altérites saturées est estimée avec
une erreur moyenne de ± 12%. et la profondeur du mur avec une erreur moyenne de ± 17%. . Par contre, la
géométrie ne peut pas être décrite correctement par l'instrumentation actuelle lorsque le réservoir est
essentiellement fracturé et l'altération peu développée (teneur en eau < 1%).
La transmissivité des réservoirs d'altérites (Burkina Faso) est estimée avec une erreur de ± 41%., celle de
sédiments quaternaires (Myanmar) avec une erreur de ± 31%.
Nous n'avons pas trouvé de relation robuste entre la teneur en eau RMP et la porosité de drainage estimée par
essai de pompage. L'hypothèse avancée est la perturbation engendrée sur le signal RMP par les propriétés
magnétiques des roches. Cette hypothèse est en cours de validation dans le cadre des activités réalisées dans
un aquifère sableux du sud de l'Inde. (HGP-7)
La recharge d'un aquifère de socle (Inde) et d'un aquifère sédimentaire (Niger) a pu être estimée grâce à
une approche couplant différents outils (hydrologie, hydrogéologie, géophysique, géochimie). Nous avons
ainsi montré que la recharge en zone forestière indienne est faible (5% de la pluie) notamment car
l'évapotranspiration est importante; au sahel nigérien nous avons évalué la recharge à environ 2mm/an dans
les années 1950 à 1960 (avant le déboisement) et environ 23mm/an pour la dernière décennie. (HGP-6)
4.3 TELEDETECTION ET ETAT HYDRIQUE DES SURFACES. Le LTHE pilote 2 sites de calibration-validation du satellite SMOS de l’ESA (lancement prévu en
novembre 2009) : le premier en Afrique de l’ouest et le second dans le Vercors près de Grenoble.
Mesure satellite de l’humidité du sol
Les sondes d’humidité du sol installées sur les 3 sites d’AMMA ont permis d’étudier l’inversion de la
mesure satellite en humidité du sol. Il s’est avéré que les produits opérationnels d’humidité du sol
comportaient des biais importants préjudiciables à l’utilisation dans un système d’assimilation par exemple.
Un effort important a donc été porté sur le modèle de transfert radiatif C-MEB qui permet de simuler
l’émission micro-onde des sols en bande C (5-7 GHz) à partir d’informations sur le sol (humidité,
température, rugosité,…) et la végétation (contenu en eau) (HGP-9).
• Les mesures AMSR-E ont été inversées avec C-MEB pour cartographier l’humidité du sol sur différentes
zones de l’Afrique de l’ouest. Ces cartes ont conduit à identifier des incohérences entre les précipitations
estimées par satellite et l’humidité des sols. Les mesures d’humidité superficielle peuvent donc être utilisées
pour améliorer les estimations de pluie par satellite.
• Le travail actuel consiste à superposer les cartes d’humidité du sol avec un suivi des systèmes convectifs
sur la bande sahélienne (produit ISIS de Météo-France). L’organisation spatiale de l’humidité du sol semble
influer sur le déclanchement de la convection notamment en début de saison des pluies (juin-juillet) lorsque la
couverture végétale n’est pas trop importante.
•
Radiométrie de terrain
Le LTHE a développé au cours du quadriennal un radiomètre portable en bande S (2 .4 GHz) et la
première expérimentation consistera à installer le radiomètre en haut d’une falaise dans le massif du
Vercors près de Grenoble afin d’observer une cible de 500 m de haut. De cette manière, il sera possible
d’étudier le rôle de l’hétérogénéité des surfaces, aspect essentiel puisque plus de 80 % des pixels SMOS
comportent plusieurs types de sol et de végétation.
4.4 ÉCHANGES SOL/ATMOSPHERE ET VARIABILITE SPATIALE. Au cours du quadriennal, l’équipe HGP a développé des méthodologies pour quantifier les échanges
so/atmosphère en s’appuyant sur des technologies tel que la scintillométrie ou l’eddy-corrélation pour les
flux turbulents (HGP-12). L’originalité de notre approche réside dans une analyse intégrée des résultats
d’observation et de modélisation pour comprendre les interactions sol/atmosphère par la description des
bilans d’énergie et d’eau.
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐33‐ Cette expertise a été mise en œuvre dans le cadre de l’observatoire AMMA-CATCH. Un LAS (Large
Aperture Scintillometer) a été installé et maintenu entre 2005 et 2009 sur le super site de la Donga au
Bénin. Les différents algorithmes de traitement et d’agrégation ont été évalués dans le cadre de la thèse
d’Adrien Guyot (soutenance fin 2009). Afin de caractériser la pertinence des estimations du flux de
chaleur latente obtenu par bilan d’énergie, une chronique sur 3 mois de la saison sèche 2006 a été
confrontée au bilan en eau du sol (HGP-5). Avec Sylvie Galle (LTHE - IBIS) nous géron le réseau des
stations de flux au Bénin. Un groupe de travail transversal de l’ORE est consacré à ces mesures de flux ;
il est coordonné par Laurent Kergoat (CESBIO) et Jean-Martial Cohard (LTHE-HGP).
Enfin un travail original pour quantifier les taux de précipitation a été entamé en collaboration avec
Remko Uijlenhoet (U. Wageningen) et Marielle Gosset (LTHE - ASP), montrant que le scintillomètre
pouvait aussi être utilisé pour estimer des taux de précipitation pour des chemins optiques de l’ordre de
quelques km. La mesure obtenue peut ainsi contribuer à l’interprétation des données radar (HGP-13).
En parallèle du déploiement instrumental, la modélisation vise à comprendre la variabilité spatiale et
temporelle des échanges. Pour caractériser la variabilité spatiale des flux turbulents induite par, la
topographie, par la variabilité spatiale des paramètres aérodynamiques ou par les variables d’état comme
la température et l’humidité de surface, nous avons mis en œuvre dans le cadre de la thèse de Moussa
Doukoure (soutenance prévue en 2010) des simulations LES avec le Modèle MesoNH couplé avec un
modèle Sol végétation atmosphère. Les jeux de données obtenus nous permettent de réaliser des études de
processus à l’aide de SVAt tel que Sispat ou ISBA.
4.5 APPLICATIONS PRATIQUES DE NOS RESULTATS. 4.5.1 Caractérisation hydrogéophysique des aquifères (application à l’hydrogéologie) Dans le cadre de nos projets de recherche, HGP a utilisé des approches hydrogéophysiques pour
tenter de mieux comprendre le fonctionnement des aquifères. Nos résultats sur la recherche des
corrélations entre les paramètres physiques (résistivité, RMP etc) et hydriques (porosité, conductivité
hydraulique etc) ont été utilisés pour alimenter des modèles hydrodynamiques (géométrie, propriétés
hydriques des aquifères).. Nous avons contribué aux études suivantes :
•
•
•
Aquifères sédimentaires (Niger, Lac Tchad : HGP-1)), la modélisation hydrodynamique a été effectuée par
HSM (Montpellier) ;
Aquifères de socle (Bénin, HGP-2, Burkina Faso, France (Bretagne), Inde : HGP-3), la modélisation
hydrodynamique a été effectuée par HSM (Bénin), HGP (Inde, Bretagne).
Aquifères côtiers (Inde, Birmanie), la modélisation hydrodynamique a été effectuée par HGP.
L’utilisation de résultats géophysiques dans la modélisation hydrodynamique aide au choix du modèle
conceptuel et à l’optimisation du maillage et à mieux contraindre les paramètres hydriques des modèles.
4.5.2 Le suivi temporel électromagnétique: un outil pour la gestion des déchets (géotechnique) Dans le cadre du programme ANR « Bioréacteur », HGP a conduit des prospections géophysiques sur le
site de stockage de déchets de Chatuzange. L’objectif de ces recherches est de proposer des technologies
géophysiques capables de suivre les variations de la résistivité électrique dans le temps. Les résultats
montrent qu’en 12 mois, les résistivités n’ont pas changé de manière significative au cœur des déchets.
4.5.3 Étude des effondrements de terrain dans la région de la Mer Morte (risques naturels) Depuis 1990 des centaines de sinkholes (effondrements) sont apparus le long de la côte de la Mer Morte
tant en Israël qu'en Jordanie. Ces effondrements de terrain menacent le développement économique de la
région. Nous avons utilisé trois méthodes géophysiques non destructives : la RMP, la sismique réfraction
et la méthode électromagnétique transitoire. Nos résultats ont permis de proposer un modèle conceptuel
basé sur (1) une dissolution de sel lente (> 20 ans) qui fragilise les terrains; (2) le développement des
sinkholes déclenché par la baisse du niveau pièzométrique (3) un effondrement contrôlé par les propriétés
mécaniques des roches. Notre étude montre que seules les zones avec des cavités déjà existantes
représenteraient une menace. Ces résultats nécessitent d’être confortés avant de développer des mesures
de protection de la région basées sur ce modèle (HGP-10).
4.5.4 Contribution aux projets internationaux et nationaux Le travail de recherche de notre équipe a été effectué dans le cadre de projets suivants :
Projets internationaux :
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐34‐ •
•
OTAN (Étude des effondrements de terrain dans la région de la Mer Morte)
AMMA- (Étude Interdisciplinaire de la mousson africaine)
Projets nationaux : ANR : 6 projets, PSP IRD : 1 projet, IRD-AcF : 1 projet, CNES-TOSCA : 1 projet.
5 Bilan (éléments d’auto‐évaluation) Les objectifs scientifiques sont globalement atteints dans les principaux domaines d’activité initialement
prévue, avec des avancées portant notamment sur l’amélioration de la précision relative à la
caractérisation des paramètres hydriques 2D et 3D des roches, l’estimation des échanges turbulents solatmosphère par scintillométrie, l’inversion de données satellitales pour la cartographie de l’humidité
superficielle du sol, les développements d’un radiomètre portable en bande en vue de la calibrationvalidation de SMOS et de la spectrométrie d’impédance pour la caractérisation in situ des propriétés
diélectriques des sols insaturés. Cependant nous n’avons pas réussi à réunir ces compétences dans un outil
hydrogéophysique intégrateur destiné à l’amélioration de modélisation hydrodynamique.
L’équipe s’est fortement investie dans l’acquisition et le traitement de données nouvelles sur le terrain
(France, Afrique, Inde, Jordanie, Israël). Cela nous permet de contribuer aux études du cycle d’eau, mais
aussi de tester la pertinence de nos développements métrologiques dans différents environnements
géologiques et climatiques. Le travail de terrain et la modélisation numérique sont bien équilibrés.
Les interactions sont fructueuses avec les équipes ASP, IBIS et Transpore.
HGP bénéficie d’une bonne visibilité nationale et internationale qui se traduit notamment par
l’organisation de conférences scientifiques telles que :
• Le Colloque national du réseau hydrogéophysique WATERSCAN (10-12 octobre 2007),
Autrans (http://phineas.u-strasbg.fr/WaterScan/),
• Le 4ième Colloque international « Magnetic Renonance Sounding-MRS » (20-23 octobre 2009),
Grenoble (http://ltheln21.hmg.inpg.fr/LTHE/spip.php?rubrique144).
Nos recherches sont soutenues financièrement par des programmes ou des projets internationaux (OTAN
pour l’étude des effondrements de terrain dans la région de la Mer Morte), AMMA) et nationaux : ANR
(6 projets), PSP IRD (1 projet), IRD-AcF (1 projet), CNES-TOSCA (1 projet), et dont plusieurs sont
menés en partenariat avec des équipes des pays du Sud. Historiquement l’équipe HGP a été créée à partir de chercheurs relevant de différents organismes qui sont
arrivés au LTHE avec leurs propres problématiques et projets en cours qu’il convenait de mener à bonnes
fins. Cela a naturellement introduit une dispersion géographique des objets d’étude. Bien que l’intégration
n’ait pas posé de problèmes scientifiques et humains particuliers, nous n’avons pas réussi néanmoins à
conjuguer nos efforts sur un chantier commun à l’ensemble de l’équipe.
Plus de forces en modélisation hydrologiques, notamment de la zone non saturée, auraient permis de
mieux lier l’étude des nappes avec la proche surface, au sein de HGP.
Une fusion des équipes HPG et IBIS a été proposée pour le prochain quadriennal, compte tenu des
synergies autour du couplage observation –modélisation des bilans spatialisés.
TABLEAU DES PUBLICATIONS
NB : les chiffres du tableau ci-dessous incluent des publications avec des co-auteurs d’autres équipes du LTHE. Le total des
publications ACL comptées par équipe est donc supérieur au total des publis ACL du laboratoire listées en Annexe III.
Nbre publis ACL
2005-2009
Nbre ACLN
2005-2009
Nbre colloques
avec Actes
Ouvrages Chapitres
50
3
68
2
L’équipe produit de nombreux rapports de campagnes, du fait de sa forte activité instrumentale et a contribué à plusieurs
rapports ANRs (Proton, Remapro, Waterscan) et Européens (AMMA-IP).
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐35‐ Liste des encadrés HGP HGP‐1. Caractérisation hydrogéophysique de l’aquifère de la rivière Komadougou à Diffa (Lac Tchad, Niger). HGP‐2. Caractérisation hydrogéophysique des unités géologiques du bassin d’Ara, Nord Bénin. HGP‐3. Quantification des processus et des altérations sur les bassins expérimentaux en Inde. HGP‐4. Spatialisation des variations de tension dans un sol sableux hétérogène par imagerie de résistivité électrique. HGP‐5. Contribution de la scintillométrie à l’étude du bilan hydrologique d’un petit bassin versant au Bénin. HGP‐6. Contributions de la géophysique à lʹestimation de la recharge des aquifères. HGP‐7. Amélioration de lʹestimation de la ressource en eau souterraine par la méthode de résonance magnétique protonique. HGP‐8. Étude de capacité des sondages RMP à localiser les aquifères de socle. HGP‐9. Cartographie horaire de l’humidité du sol en Afrique de l’Ouest. HGP‐10. Étude des mécanismes d’effondrement de terrain dans la région de la Mer Morte (Israël et Jordanie). HGP‐11. Tomographie géophysique des phénomènes d’infiltration dans les sols : Vers une fiabilisation de l’imagerie électrique 3D. HGP‐12. Expertise pour la mesure des flux turbulent par eddy‐correlation. HGP‐13. Estimation des taux de précipitation à partir de l’atténuation du signal d’un scintillomètre. LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐36‐ EQUIPE RIVIERE, EROSION, CONTAMINATION (RIVER) TABLEAU DES PERSONNELS
Nbr HDR - doctorants Nbr doctorants Post-docs Masters
Nbr permanents Nbr permanents au
au 1er janv. 2006 1er janv. 2009 (Nb
soutenus
en cours
et visiteurs
(Nb HDR)
HDR) ; E ; S ; C * (Min.,CNRS,IRD,Autre)
(Idem)
(Pers / An)
8 (3)
7.5 (2.5) ; - ; - ; -0.5
0 - 8 (4 ; 4)
2 (1 ; 1)
1
16
* E : entrants (permanents recrutés sur la période) ; S : sortants du labo ; C : changement équipe au sein du labo.
1
Introduction (contexte, création, perspective stratégique) Le transport sédimentaire associé à l’écoulement de l’eau, depuis les massifs montagneux jusqu’aux
océans, constitue une composante essentielle de la dynamique des hydrosystèmes. Il est le résultat des
processus d'érosion des sols et de transport des particules à l'échelle du bassin versant. Ses effets sur
l’environnement concernent, d’une part, la gestion des ressources en eau et en sols (quantité et qualité),
et, d’autre part, les risques hydrologiques. De grandes zones d’incertitudes subsistent du fait de la faible
connaissance de certains mécanismes ainsi que des interactions complexes entre les différents processus.
L’approche scientifique que nous proposons tente de répondre aux trois questions suivantes :
• Comment peut on améliorer les techniques et protocoles existants pour avoir une évaluation correcte
des flux sédimentaires ?
• D’où viennent les sédiments et quels sont les temps de transit dans les bassins versants ?
• Quels processus hydrodynamiques gouvernent la production, le transport et le dépôt des sédiments et
des éléments associés des zones sources aux zones de stockages ou vers les exutoires ?
Notre projet découle du constat d’une recherche fractionnée, sur les disciplines comme sur les échelles et
les objets et de l’opportunité de mobiliser à Grenoble une équipe pluridisciplinaire couvrant l’ensemble
des échelles et des thématiques. Cette configuration est unique dans le paysage français.
Notre équipe mènent des recherches en collaboration forte avec plusieurs laboratoires au niveau national
(Cemagref, IPGP, LSCE, EPOC, SISYPHE, LMTG), européen avec le réseau européen du projet
DESIRE du FP6 et international avec les universités d’Iowa, de Ben Gurion en Israël, la UNAM et
l’UMSNH au Mexique et l’Académie des Sciences et de la Technologie du Vietnam.
2
Objectifs Les objectifs spécifiques de notre équipe pour ce quadriennal sont :
• de développer une méthodologie pour le suivi en continu des flux de Matières En Suspension (MES),
• de mettre au point un dispositif de mesure sans contact du débit d’une rivière,
• de construire un modèle à base physique d’érosion du sol à l’échelle de la parcelle,
• d’améliorer les modèles existants de transport par charriage en granulométrie étendue.
Notre but a été, d’une part, d’améliorer la connaissance par une meilleure description des mécanismes à
différentes échelles spatiales, de leurs interactions et de leurs couplages et, d’autre part, de développer
des outils et des méthodes. Pour cela on s’est appuyé sur une approche expérimentale (observations sur
site, expérimentations in situ et au laboratoire) et sur la modélisation numérique. Notre recherche a
concerné des objets et des mécanismes en relation directe avec des questions de l’ingénierie de
l’environnement (ressources, impacts anthropiques, risques).
3
Méthodes et Moyens 3.1
INSTRUMENTS ET RECHERCHES METHODOLOGIQUES Nos projets de recherche ont été orientés vers et soutenus par une forte activité expérimentale.
Les principales réalisations instrumentales ont été le développement:
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐37‐ • de la mesure sans contact du champ de vitesse en écoulement fluvial (Large Scale Particle Image Velocimetry /
LSPIV) (Hauet, 2006 ; Hauet et Creutin, 2008, Hauet et al., 2008, Encadré RIV-4)
• d’une chaîne d’acquisition hydro-acoustique (hydrophone)
• d’un infiltromètre adapté à des mesures sur les versants en pente, le Dahu. (RIV-1).
• d’un simulateur de pluie de longueur variable sur le site du Pradel (RIV-6).
• d’un débitmètre à vidange automatique pour une large gamme de débits.
Du point de vue méthodologique nous avons développé des recherches pour améliorer les protocoles de
mesure et de caractérisation in-situ des flux de MES dans les cours d’eau (étude de la relation
concentration/turbidité, fréquence d’échantillonnage, position du capteur). L’utilisation de sondes de
turbidité associées à des préleveurs automatiques se révèle une solution fiable pour la mesure en continu
des concentrations en MES (Navratil et al., 2008 ; 2009, RIV-2). Il est ainsi possible d’échantillonner
avec une fréquence plus élevée durant les évènements de fort transport solide en suspension et de
s’affranchir ainsi des problèmes de sous échantillonnage temporel (Mano et al., 2009). Ces protocoles
sont mis en œuvre dans le cadre du projet ANR STREAMS.
Des travaux sur la quantification des contributions respectives de sources potentielles de sédiments dans
les MES par spectrocolorimétrie sont en cours (Bramorski, 2008 ; Poulenard et al., 2009).
Afin d’améliorer la modélisation de l’hydraulique des mesures de champs de vitesses de surface de
l’écoulement par PIV sont réalisées en laboratoire sur des modèles théoriques (tôle ondulée) et réalistes
(moulages de sol). Ces mesures ont nécessité le développement de protocoles expérimentaux originaux.
Les premiers résultats (Grigis, 2008) montrent que la technique PIV est tout à fait applicable au cas du
ruissellement sous certaines conditions.
Un canal de laboratoire à pente variable a été construit. Il permet de reproduire des écoulements de faible
lame d’eau transportant des sédiments en suspension et par charriage (Nord et Esteves, 2009). Ces
expériences ont permis de valider le choix d’une formulation pour le transport des sédiments dans le
modèle PSEM_2D.
Cette activité expérimentale s’intègre dans plusieurs plateaux d’Envirhônalp (PMPN, SOMME,
ECOUFLU, voir partie III).
3.2
LES SITES D’OBSERVATION SUR LE TERRAIN Les activités d’observation de l’équipe ont été organisées autour de deux chantiers principaux. Le premier
métropolitain concerne les sites alpins « élargis » (bassin de l’Isère et de la Bléone, site du Pradel de
l’ORE OHM‐CV). Le second est situé au Mexique dans l’état du Michoacán dans la région de Morelia
(bassin versant de Cointzio). Au total 10 bassins versants (1.6 à 630 km²) ont été équipé pour le suivi des
MES selon le protocole décrit ci-dessus. Les données des stations de la Bléone sont télétransmises vers
Grenoble en temps réel.
Le site du Pradel est un lieu d'activités de recherche et d'enseignement (Master STE) depuis 2005. Une
parcelle de vigne cultivée dans le sens de la pente y a été équipée de manière à (i) permettre des
simulations de pluie sur une longueur variable (2, 4 ou 8 m) et (ii) accéder à l'hydrogramme de
ruissellement sous pluies naturelles de mini-parcelles de différentes longueurs (2, 4, 8, 16 et 32 m).
Au Mexique huit parcelles expérimentales ont également été équipées pour suivre les termes des bilans
hydrologique et sédimentaire sur les deux principaux types de sols (Acrisols et Andosols).
Cet ensemble de sites est le résultat d’une volonté de dépasser l’échelle locale pour aller vers celle du
bassin versant et de collecter des données dans des contextes géographiques et climatiques différents.
Dans les cas du Pradel et du Mexique cela répond aux missions spécifiques de nos tutelles UJF et IRD.
3.3
DEVELOPPEMENT DE MODELES En complément de nos approches expérimentales nous avons mené des actions de développement d’outils
de modélisation. Les principales réalisations concernent :
• LSPIV-Simu, qui est un modèle à base physique représentant l'écoulement et l'éclairement d'une rivière et la
prise d'images par une caméra et son analyse LSPIV (Hauet, Creutin et Belleudy, 2008).
• PSEM_2D (Plot Soil Erosion Model), qui est un modèle distribué à base physique de l’érosion par la pluie et le
ruissellement à l’échelle de la parcelle (Nord et Esteves, 2005 ; Nord, 2006 ; Nord et Esteves, 2007, RIV-5). La
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐38‐ paramétrisation du re-détachement par la pluie et de l’entraînement par le ruissellement a été intégrée de manière
originale en utilisant une couche de sédiments « libres » (Nord et Esteves, 2005). Nous disposons maintenant d’un
plateforme de modélisation du ruissellement et de l’érosion hydrique unique au monde et validée à l’échelle de la
parcelle.
• TELEMAC 2D‐H/SISYPHE, développé par EDF et qui permet des calculs hydrodynamiques et
sédimentologiques détaillés à l’échelle d’un tronçon de rivière. Nous avons participé au développement des
module de transport de fond : granulométrie étendue, hydrodynamique complexes, effet de pente (De Linares,
2007 ; De Linares et Belleudy, 2007a).
3.4
LES BASES DE DONNEES Après analyse critique, les données acquises sont organisées et rendues accessibles, en particulier pour la
modélisation, à travers des bases de données gérées à l’aide du logiciel Hydraccess développé à l’IRD.
Les principales bases de données sont :
• la base de données Isère (hauteur d’eau, débits depuis 1994 et concentration de MES et turbidité au
pas de temps de 10 minutes et carbone depuis 2006)
• la base de données STREAMS-DESIRE-REVOLSO, qui comprend les données acquises sur la
Bléone (6 stations) et le bassin de Cointzio (5 stations, 8 parcelles) elle regroupe les même informations
que celle de l’Isère auxquelles s’ajoutent des mesures de pluies en 10 points de mesures. Des données
historiques (de 40 à 70 ans) ont également été retrouvées et numérisées.
• la sédimenthèque, qui contient plus de 500 échantillons liquides conservés à l’abri de la lumière.
4
Résultats Le financement de notre activité de recherche s’est faite à partir d’un certain nombre de projets soutenus
par l’ANR (Day River, STREAMS, METHODE), les programmes nationaux EC2CO (Variflux,
Charriage), et du MEEDATT (Risques Décision Territoires), l’Europe (REVOLSO FP 5, DESIRE FP 6),
le CONACYT au Mexique et un partenariat industriel privilégié avec EdF (pôle de compétitivité
TERNERDIS). Nous avons au mieux privilégié les projets qui étaient fédérateurs pour l’équipe.
Nos activités se structurent autour de trois thèmes qui s’organisent en plusieurs actions de recherche.
4.1
CONDITIONS DE FORMATION DES ECOULEMENTS ET DE PRODUCTION DE SEDIMENTS Conditions de formation et de transfert du ruissellement et des sédiments sur les versant
Cette action concerne le rôle du sol dans la formation des écoulements des crues éclair méditerranéennes
et sur des versants cultivés au Mexique.
Des simulations de pluie menées au Pradel ont permis de comprendre l'importance des régimes
transitoires de ruissellement sur les écoulements de petits bassins. On observe lors des pluies naturelles,
des processus de ré-infiltration de l'eau ruisselante lors des phases de diminution de l'intensité de pluie.
Ces processus doivent être pris en compte à petite échelle, lorsque la vitesse du ruissellement est encore
faible, c'est-à-dire avant qu'il ne se concentre en ravines (Nicolas et al., soumis). La présence d'un
microrelief et la discontinuité des propriétés hydrodynamiques du sol au passage de la saturation semblent
expliquer l’augmentation de l’infiltration avec celle de l’intensité de pluie et joue un rôle très important
sur les régimes transitoires de ruissellement (Thèse M. Nicolas).
L’étude menée sur parcelles au Mexique a montré qu’en moyenne une vingtaine de pluie par an (sur 140)
peuvent être très érosives. Ce sont ces évènements forts qui régissent l’érosion hydrique. Les quantités de
sédiments érodées sont relativement limitées entre 1 à 3 t/ha/an pour les Acrisols et de 0,5 à 1 t/ha/an
pour les Andosols (Medina O., L., 2006 ; Prat et al, 2007 ; Werner et al. 2007). Ces résultats sont
complétés par des études sur la stabilité des micro-agrégats (Gruffat et Prat, 2007) et du cycle du carbone
à différentes échelles et pour différents biotopes (Covaleda et al., 2008).
Hydraulique du ruissellement
L’objet de cette recherche concerne la paramétrisation du coefficient de frottement pour des écoulements
de faible lame d’eau de surfaces ayant une rugosité importante, (conditions où les aspérités ne sont
généralement pas toutes submergées). L’approche adoptée a combiné une démarche expérimentale au
laboratoire et de la modélisation (Roche, 2006, Roche et al., 2007). Un modèle itératif permet de calculer
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐39‐ le débit traversant ce réseau de canaux à surface libre idéalisés et de calculer le coefficient de DarcyWeisbach (Roche et Daian, soumis).
Le projet ANR Blanc METHODE vise à modéliser le ruissellement sur des surfaces présentant, en plus
d’une rugosité aléatoire liée à la présence d’agrégats de sol, un microrelief orienté hérité des pratiques
culturales. Le modèle PSEM_2D (Nord et Esteves, 2005) est utilisé comme modèle de référence.
Modélisation de l’érosion hydrique de l’échelle de la parcelle
La validation du modèle PSEM_2D a été obtenue à partir de mesures publiées dans la littérature (BD
WEPP) et issues d’expérimentations de laboratoire (Nord et Esteves, 2005, 2006). La qualité des résultats
obtenus permet de valider le choix que nous avions fait de nous appuyer sur une représentation réaliste du
ruissellement pour développer un modèle d’érosion. Une inter-comparaison avec deux autres modèles de
ruissellement a montré que PSEM_2D fournissait les meilleurs résultats (Tatard et al., 2008). Enfin, des
expériences conduites sur un canal hydraulique ont montré que la charge solide en suspension de kaolinite
n’affecte pas le transport par charriage de particules de la taille de sables grossiers, malgré des
concentrations en sédiments très élevées pour ce type d’écoulement (Nord et al., 2009).
4.2
LES SEDIMENTS ET LES CONTAMINANTS DES ZONES SOURCES AUX EXUTOIRES Processus fondamentaux conditionnant les apports de sédiments fins et des contaminants associés à
l’échelle du bassin versant
La thèse de V. Mano a été réalisée en collaboration avec EdF (BDI CNRS/EdF) et soutenue par le projet
EC2CO-Variflux. Les variations spatiales et temporelles des concentrations et des flux de MES et de
carbone (Isère) ont été analysées pour cinq bassins versants alpins de nature très contrastée à partir de
données acquises par EdF (Mano, 2008 ; Mano et al., 2008). Ces mesures ont permis de mettre en
évidence les processus hydrométéorologiques responsables des apports de MES dans le système fluvial et
le régime de transport de MES, à différentes échelles de temps (Mano et al., 2009).
Une autre action a porté sur les problèmes dʹeutrophisation en Asie du sud‐est dans le cadre du projet
ANR Day River. L’ensemble des observations, en période de mousson, a permis de mettre en oeuvre une
modélisation hydro-bio-géochimique des échanges sédiments-rivières (T. A. Duc et al., 2007, RIV-8) et
de calculer un bilan hydrologique du delta du fleuve rouge (Luu et al., 2008). Les données acquises au
Mexique sont soit publiées (Bedolla, 2007, Bravo et al. 2008), soit encore en cours d’analyse.
Modélisation hydrologique et hydro sédimentaire à l’échelle du bassin versant
•
•
•
Le modèle conceptuel à réservoir MORDOR (EDF-DTG), permet de reproduire les flux journaliers de MES.
Après calage et validation, il a été utilisé pour reconstituer de longues chroniques de flux de MES, à partir de
données historiques de débit et de pluie (Mano, 2008).
En collaboration avec l'équipe ASP 17 petits bassins cévenols ont été modélisés avec la plateforme Liquid
(Manus et al., 2009).
Dans le cadre du projet ANR STREAMS des simulations numériques sont en cours avec le modèle DHSVM
sur les différents bassins versants étudiés.
Caractérisation hydro‐sédimentaire de la retenue de Cointzio (Michoacan, Mexique) comme
indicateur du fonctionnement érosif du bassin versant
L’objectif de cette recherche est la caractérisation de la fonction de transfert qui lie les forçages
météorologique et anthropique sur le bassin versant à l’accumulation de particules solides au sein de la
retenue du barrage de Cointzio (Michoacan, Mexique) (Susperregui, 2008). Le réservoir de Cointzio
présente une stratification annuelle purement minéralogique (Susperregui et al., 2009, RIV-7). Les fortes
charges en sédiments fins réduisent la photosynthèse et contribue à la formation de courant hyperturbide
pendant la saison des pluies (Susperregui et al., submitted). Une analyse détaillée de carottes
sédimentaires révèle des taux de sédimentation annuels de 2 à 3 cm avec des valeurs maximales qui
dépassent 5 cm et confirment les estimations obtenues par l’analyse du 210Pb. L’organisation des dépôts
au sein du réservoir de Cointzio a également fait l’objet d’une modélisation numérique comparative, les
taux de remplissage calculés étant en bon accord avec le taux déduit des carottes sédimentaires
(Susperregui, 2008).
Mobilité du stock alluvial : cas de la Loire et de la Bléone
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐40‐ Sur la Loire on a abordé plus précisément la modélisation, à l’aide de TELEMAC 2D, des phénomènes
de transport par charriage pour des conditions hydrodynamiques complexes et variables, conduisant à
élabo-rer des guides méthodologiques à usage des ingénieurs modélisateurs traitant de questions
opérationnelles.
Pour le cas de la Bléone, nous cherchons à estimer la part des sédiments fins (<2mm) stockés ou
remobilisés dans le lit des cours d’eau en tresses par rapport aux apports des versants. Le stock de fines
sur un tronçon de 5 km et sur le premier décimètre de profondeur s’élève à un millier de tonnes. Ce stock
est du même ordre de grandeur que ce qui peut transiter lors d’une crue moyenne sur le Bès (Gateuille,
2008, Navratil et al., soumis, RIV-3).
4.3
LA RIVIERE ET SES CRUES La technique Large Scale Particle Image Velocimetry (LSPIV) consiste à identifier, par analyse d’images,
un champ de vitesses en surface. L’ajout d’un modèle hydraulique permet une estimation du débit par
mesure sans contact. Des mesures réalisées sur la rivière Iowa à Iowa City (USA) ont montré la
précision et la pertinence de cette méthode (Hauet, 2006 ; Hauet et al., 2008). Des mesures LSPIV ont
été utilisées pour étudier la reconstitution de formes de chenal (Jodeau et al., 2008).
Des recherches exploratoires ont montré que des capteurs acoustiques et des méthodes d’analyse du
signal permettent de détecter le choc des galets au fond de la rivière (Belleudy et al., 2009, sous presse).
Le projet RiZéRiLi (RDT 2006, MEEDATT, RIV-9) a analysé les processus de décision en matière
d’aménagement et de gestion du risque inondation dans la région en amont de Grenoble. L’équipe
pluridisciplinaire a réalisé une analyse croisée du discours des techniciens, du contexte social et
économique, et des acteurs de ces projets successifs (Belleudy et al, 2007, Castex et Belleudy, 2005).
5
Bilan (éléments d’auto‐évaluation) Les objectifs scientifiques de l’équipe sont globalement atteints dans les principaux domaines
d’activité prévus dans le quadriennal, avec des avancées portant sur l’acquisition de données nouvelles
sur le terrain, des développements métrologiques et méthodologiques innovants, la réalisation de
modélisations hydrologiques et hydrauliques à différentes échelles et leur validation expérimentale.
La période 2005-2009 a vu la consolidation de cette nouvelle équipe constituée essentiellement de jeunes
chercheurs entrants au laboratoire. La cohésion de RIVER est obtenue grâce au fait que nous participons à
des projets fédérateurs pour l’équipe (i.e. projets STREAMS, DESIRE) et que nous obtenons un très bon
taux de succès dans nos réponses aux appels d’offre régionaux, nationaux et européens.
Au-delà de la valorisation académique « classique » par des publications, notre présence auprès des
maîtres d’ouvrages et des ingénieurs constitue un moteur externe à l’équipe pour certains développements
en R & D à finalité méthodologique.
Faute d’un potentiel humain suffisant, le thème traitant des contaminants et de l’impact des flux solides
sur la capacité d’évacuation des crues n’a pas pu avoir tous les développements espérés.
Il convient également d’améliorer l’intégration des activités de recherche entre les versants et les cours
d’eau, afin de les réunir en une préoccupation scientifique unique, comme le suggère d’ailleurs la
prospective INSU-SIC/EDD de Strasbourg 2007.
Le nombre de HDR est à renforcer pour assurer une meilleure capacité d’encadrement doctoral.
Le rapport de prospective pour le quadriennal (2011-2014) intègrera des propositions qui visent à corriger
nos points faibles et à améliorer notre projet scientifique.
TABLEAU DES PUBLICATIONS
NB : les chiffres du tableau ci-dessous incluent des publications avec des co-auteurs d’autres équipes du LTHE. Le total des
publications ACL comptées par équipe est donc supérieur au total des publis ACL du laboratoire listées en Annexe III.
Nbre publis ACL
2005-2009
Nbre ACLN
2005-2009
Nbre colloques
avec Actes
Ouvrages Chapitres
60
4
25
0- 6
L’équipe a contribué à plusieurs rapports ANR (DAY-River, Méthode, STREAMS) et Européen (DESIRE).
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐41‐ Liste des encadrés RIVER RIV‐1.
Dahu : un infiltromètre pour sols en forte pente RIV‐2.
La mesure des concentrations en MES dans les cours d’eau RIV‐3.
Bilan sédimentaire sur un tronçon de rivière en tresse RIV‐4.
Techniques PIV pour la mesure des débits en rivière RIV‐5.
Le modèle PSEM_2D RIV‐6.
Etude expérimentale du ruissellement sous pluies simulées RIV‐7.
Les flux sédimentaires dans le bassin versant de Cointzio RIV‐8.
Etude de la pollution nutritive et organique dans le delta du fleuve rouge (Nord Vietnam) RIV‐9.
RiZéRiLi LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐42‐ EQUIPE TRANSFERTS COUPLES EN MILIEUX POREUX HETEROGENES (TRANSPORE) TABLEAU DES PERSONNELS
Nbre permanents
au 1er janv. 2006
(Nb HDR)
Nbre permanents
au 1er janv. 2009
Nbre HDR doctorats soutenus
(Nb HDR) ; E ; S ; C* (Min., CNRS, IRD, Autre)
Nbre doctorats Post-docs
et visiteurs
en cours
(Idem)
Masters
(Pers / an)
8 (6)
12 (9) ; 7 ; -3 ; 0 2 - 22 (4 ; 1, 0, 17) 11 (2 ; 2, 0, 7)
1.3
* E : entrants (permanents recrutés sur la période) ; S : sortants du laboratoire ; C : changement équipe
1
10
Introduction (contexte, création, perspective stratégique) L’activité de l’équipe TRANSPORE est centrée sur l’étude des transferts, de masse et d’énergie, en
milieux poreux qu’ils soient homogènes, hétérogènes, rigides ou déformables. Les difficultés proviennent
de la nature complexe des éléments en déplacement (eau, solutés, gaz, particules colloïdales, abiotiques
ou biotiques) dans des milieux non linéaires, couplés polyphasiques / multicomposants (avec d’éventuels
changements de phase) difficiles à caractériser et à modéliser, à différentes échelles spatio-temporelles.
Les études qui revêtent un caractère systémique marqué, sont fondées sur une approche équilibrée entre
observations, expérimentations, théories et modélisations.
Au début du contrat quadriennal en cours, l’intégration de cinq E-C issus de l’ex LIRIGM de l’UJF a
permis à l’équipe d’étendre ses domaines d’intérêt et de compétences à la problématique du stockage de
déchets ménagers, milieux fortement anthropisés et hautement déformables.
L’équipe regroupe actuellement des compétences multidisciplinaires (physique des poreux,
mécanique des fluides et des solides, géochimie, microbiologie, modélisation) qui lui permettent en
interne d’aborder efficacement des études à caractère fondamental et finalisé dans les poreux complexes
et d’établir des collaborations fructueuses avec de nombreuses équipes et laboratoires plus
« disciplinaires » et ce, aux plans régional, national, européen et international.
2
Objectifs Pour une large gamme de milieux poreux, l’équipe vise à : 1) améliorer la compréhension fine des
mécanismes de transfert et d’interactions bio-physico-chimiques, préalable indispensable pour établir un
diagnostic sur les phénomènes les plus prégnants en relation avec les contraintes naturelles et/ou
anthropiques, 2) modéliser les processus afin d’émettre un pronostic sur le devenir de la matière (prise au
sens large) et de l’énergie qui sont mises en jeu, 3) appliquer les acquis de connaissance à différents
objets d’études (bassins versants, parcelles agricoles, aquifères, ouvrages, etc..), avec la préoccupation
constante de quantifier les flux d’échanges entre les différents compartiments de l’environnement
continental, ainsi que les possibles accumulations et/ou transformations internes à ceux-ci.
3
Méthodes et Moyens L’observation des milieux dits « naturels » fait émerger des questionnements scientifiques dès lors que
l’on veut quantifier les flux (hydriques, thermiques, chimiques, gazeux, particulaires), les accumulations
(chaleur, solutés, particules) et/ou les biotransformations (matières organiques, polluants).
La démarche utilisée consiste d’abord à hiérarchiser les mécanismes mis en jeu selon leurs temps
caractéristiques et leur importance relative (souvent exprimée par rapport aux flux). Le complètement de
cette phase étant rarement atteint en conditions in situ, où les sollicitations aux limites sont aléatoires, non
maîtrisées et souvent mal connues, on réduit alors le degré de complexité en découplant les mécanismes
sur des milieux aux conditions initiales et aux limites contrôlées. L’approche systémique du Génie des
Procédés permet alors d’identifier des fonctions de transfert. Un choix pertinent de sollicitations, de
complexité croissante, permet de hiérarchiser les mécanismes mis en jeu.
On utilise aussi, pour conforter les hypothèses sous-tendant le choix des fonctions de transfert, des
mesures à différentes échelles pour « remonter » des informations par traitement théorique ou par
couplage observations - modélisations phénoménologiques. Sont ainsi exploitées des observations
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐43‐ (imagerie) et caractérisations (granulométrie, porosimétrie, propriétés mécaniques, coefficients
d’adsorption physico-chimique…) du milieu et des éléments transportés (propriétés géométriques et
physico-chimiques de surface, caractéristiques biologiques).
Enfin, la conceptualisation et la modélisation des mécanismes nécessitent l’identification des
paramètres pertinents par méthodes inverses et/ou corrélatives, avec confrontation, autant que faire se
peut, avec des déterminations indépendantes. Cette identification reste un vrai problème de recherche,
pour les phénomènes fortement non linéaires et couplés, que l’équipe étudie, tels que la propagation de
fronts d’infiltration de l’eau, les interactions écoulement-transport de substances, les (bio) réactons, etc
3.1
OBSERVATIONS ET MESURES Les dispositifs expérimentaux utilisés couvrent une large gamme d’échelles spatio-temporelles :
• En laboratoire, des échantillons de sols (remaniés ou non) de la taille millimétrique à décimétrique
(échelle de l’élément de volume représentatif, EVR) sont caractérisés par différentes techniques
(microscope optique, porosimètre au mercure, granulomètre laser, perméamètres, essais
géomécaniques, production de différentes souches bactériennes, comptage, extraction d’ADN et
PCR, caractérisation de cellules, lames minces, etc…). Des colonnes et lysimètres, dûment
instrumentés et automatisés (alimentation et collecte de fluides, de solutés, de particules),
permettent le suivi spatio-temporel des variables d’état : humidités, pressions d’eau, concentrations.
• A l’échelle métrique, des pilotes permettent de documenter l’évolution bio-hydro-mécanique de
déchets contenant de forts pourcentages de matière organique.
• Sur le terrain, les bilans de matière et d’énergie sont établis en mesurant les variations spatiotemporelles de teneurs en eau, de pression de l’eau du sol, des concentrations et de la température,
ainsi qu’en évaluant les flux à l’interface sol-atmosphère.
• Sur les ouvrages artificialisés (bassins d’infiltration, installations de stockage de déchets,
digues…), de la dizaine à la centaine de mètres, les flux et l’évolution du milieu sont étudiés par
des méthodes géophysiques (ERT, neutron, fibre optique) et géomécaniques (tassomètres,
inclinomètres).
Les capteurs et acquisitions composant ces dispositifs sont développés en collaboration avec l’équipe
HGP et les plateaux MOME, PS2E, PMPN et CSDU du pôle régional Envirhônalp (voir Partie III).
Certaines de nos études ont conduit au développement récent d’outils expérimentaux spécifiques.
• La détection de fuites dans les digues fait appel à la mesure de température par fibre optique,
technique qui a donné lieu à un brevet associant l’UJF et quatre industriels
• L’infiltrométrie « Beerkan » s’est révélée pertinente pour appréhender la variabilité spatiale des
propriétés hydrodynamiques des couches superficielles du sol, à partir de mesures locales (le dm2)
• Des oedomètres confinés ont permis d’étudier la corrélation entre le comportement
hydromécanique et la biodégradation des déchets. Leurs dimensions métriques tout à fait originales
en font un outil de simulation physique original, comblant le vide entre mesures in situ et mesures
conventionnelles de laboratoire.
3.2
MODELISATIONS Les modèles les plus théoriques développés sont fondés sur des milieux périodiques et des
développements asymptotiques. Ils permettent d’intégrer, à l’échelle macroscopique de l’EVR, les lois
de comportement largement admises à l’échelle du pore (mécanique des fluides, diffusion moléculaire,
adsorption…). Ils font appel à des calculs analytiques et/ou numériques sur des périodes à géométrie
simple. L’identification des paramètres est réalisée avec des codes disponibles au Laboratoire (i.e.
HYDRUS-1D, STANMOD) et/ou développés au LTHE dans les environnements de calcul COMSOL
Multiphysics, Mathcad, Mathematica et Scilab. Les modélisations multiphysiques couplées sont
développées sur différentes plates-formes (i.e. HYDRUS, UNSAT, WAVE, PESTDRAIN, Phreeqc).
Certains développements logiciels sont réalisés en collaboration avec d’autres laboratoires (i.e.
Cemagref/Lyon, CIRAD/Réunion, INRA/ Avignon, LCPC/Nantes), et/ou la start- up Hydrowide ( issue du
LTHE) et sa plate-forme de modélisation environnementale LIQUID .
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐44‐ 4
Résultats 4.1
PROCESSUS DE TRANSFERT EN MILIEUX POREUX Ce domaine est relatif à l'étude fine des transferts couplés de masse (eau, substances chimiques,
colloïdes, particules, bactéries) et d'énergie dans les milieux poreux polyphasiques susceptibles de se
déformer sous l'action de contraintes mécaniques imposées à la matrice solide et/ou des fluides circulant à
l'intérieur de la porosité et/ou de bio-transformations de la matière organique.
Les propriétés hydrodynamiques des milieux poreux font intervenir (via l’équation de Richards) des
paramètres dépendant de l’humidité (courbes caractéristiques). Pour améliorer la détermination de ces
courbes, des travaux théoriques ont été menés ainsi que des développements complémentaires
méthodologiques et expérimentaux, via le logiciel BEST (6 publications,, Encadré TRA-1).
L’étude des écoulements d’eau insaturés en milieu poreux présentant une porosité bi-modale a été
motivée par le fait que ce type d’hétérogénéité génère souvent des anomalies de comportement.
Des expériences ont été faites sur des milieux modèles et sur des échantillons non remaniés. Plusieurs
types de modélisation ont été conduites, soit par macroscopisation (avec prise en compte éventuelle de
non équilibre local), soit par approche phénoménologique (partition entre eau mobile et immobile ou
onde cinématique diffusive) (10 publications, TRA-2). Dans le cas du drainage, le formalisme de
macroscopisation a permis de remettre en cause le sens physique de certaines paramétrisations du terme
d’échange hydrique entre la porosité matricielle et celle d’inclusions proposées dans la littérature.
L’étude des traceurs de l’eau et/ou de solutés réactifs illustre parfaitement l’approche systémique
(1 chapitre d’ouvrage) pour hiérarchiser les mécanismes à partir de l’analyse des courbes de percée et
des temps caractéristiques.
Le transfert dispersif couplé eau -soluté (traceur) a été étudié dans le cas de milieux bi-poraux avec
expérimentations sur poreux modèles et modélisations théorique (homogénéisation par deux changements
d’échelle successifs) ou phénoménologique (qui montre que les coefficients peuvent dépendre des
conditions aux limites) qu’il convient donc de bien préciser (4 publications, TRA-3). L’étude des traceurs
de l’eau et/ou de solutés réactifs illustre parfaitement l’approche systémique (1 chapitre d’ouvrage) pour
hiérarchiser les mécanismes à partir de l’analyse des courbes de percée et des temps caractéristiques.
La spéciation chimique et les interactions physico-chimiques de surface, notamment les échanges
ioniques, ont montré le rôle prépondérant joué par certaines conditions de transfert (collaborations
CEA/Grenoble et IRSN/Fontenay aux Roses) (5 publications, TRA-4). Lorsque la géochimie de l’eau du
sol reste pratiquement constante, il est possible d’utiliser une approche plus opérationnelle avec un seul
élément chimique soumis à de l’adsorption (3 publications) et la profondeur d’un pic de concentration
peut être prédite avec les seuls connaissances de la lame d’eau infiltrée cumulée et du facteur de retard.
Des études en conditions statiques aident à la compréhension de l’impact et des interactions entre la
surface du poreux, les microorganismes et les éléments chimiques dissous (collaborations CEA, IRSN,
INRA Dijon, LECA Grenoble, LGIT Grenoble, Univ. Notre Dame (USA)) (8 publications, TRA-5).
Le transport colloïdal et particulaire dans les poreux concerne les variations de la qualité des sols,
le colmatage et la pollution des sols et aquifères L’arrachement de particules dans les macropores (coll.
INRA/Avignon), le transport et la réactivité des bactéries, le développement de biofilms (collaborations
LSE/ENTPE, LGIT et LEGI) et la mobilisation de polluants par les bactéries ont été étudiés
expérimentalement, et souvent avec une modélisation associée (12 publications, TRA-6 et 7).
L’expertise de l’équipe a largement contribué à concevoir et à interpréter des essais de traçage et de
matière dans des sédiments soumis à la bioturbation par des animaux fouisseurs de taille millimétrique,
Il a été montré que ces derniers modifient largement les propriétés de transfert dans le sédiment,
notamment en réduisant le colmatage (collaborations LEHF/Lyon), 2 publications).
La diffusion et la perméation de gaz en poreux faiblement perméables (10-14 m/s), secs ou à teneur en
eau liquide variable a été étudiée expérimentalement et par modélisation (collaborations CEA/Grenoble
et ANDRA) (2 publications). Cette dernière a été complétée par des approfondissements théoriques tenant
compte de la structure porale ou de la théorie cinétique des gaz. Un effet Klinkenberg de glissement aux
parois a été mis en évidence (2 publications, TRA-8).
Pour les sols déformables, nous avons développé une méthode originale (validée sur une soixantaine
d’échantillons de sol et étendue à la méthode Beerkan) d’estimation des courbes de rétention en eau des
milieux insaturés à partir de leur courbe de retrait, d’accès expérimental plus aisé (2 publications). Pour
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐45‐ des déchets fortement compressibles, l’impact de l’état de contrainte sur les propriétés hydrodynamiques
a été étudié et modélisé (1 publication).
L’érosion interne, le transport de particules et le colmatage de digues ont été étudiés pour en
améliorer la sécurité de ces ouvrages (collaborations industrielles, TRA-9).
4.2
HYDROLOGIE DE LA ZONE NON SATUREE Cet axe est relatif à l'étude des phénomènes de transferts de masse et de chaleur dans les couches
superficielles des sols pris dans leur contexte pédo-édapho-climatique naturel, en interaction avec les
aquifères d'une part, avec l'atmosphère d'autre part.
1. Etude des interactions atmosphère-biosphère continentale
L’équipe a contribué au développement d’un module de transport (SiSPAT Isotopes) des isotopes
stables de l’eau pour mieux estimer les contributions respectives de l’évaporation du sol et de la
transpiration du couvert végétal à l’évapotranspiration. La confrontation expérimentations en réacteur
biogéochimique- modélisation a montré la sensibilité des couches superficielles du sol à la composition
isotopique de l’évaporation en phases liquide et vapeur (coll. BioEmCO, 5 publications, TRA-10). Peu
étudiées, les rétroactions surface continentale –atmosphère jouent pourtant un rôle important dans le
recyclage de la vapeur d’eau. Dans le contexte de la Mousson Ouest Africaine, le rôle central joué par les
états de surface du sol (albédo, humidité) sur l’hydrologie hortonienne de bassin et les flux de retour vers
l’atmosphère a été mis en évidence à l’aide d’un modèle atmosphérique régional couplé à un modèle
hydrologique (collaborations LGGE, HSM,CNRS-IDRIS, 1 publication).
L’origine des flux atmosphériques de NO3 issus de la surface a été identifiée avec une méthode
isotopique novatrice développée avec le LGGE (3 publications, TRA-11).
2. Hydrodynamique et hydrochimie des sols non saturés
L’équipe s’est focalisée sur le rôle joué par les variations spatiales et temporelles des couches
superficielles de sols agricoles sur l’infiltration, le ruissellement et le drainage.
Des études sur mésocosmes de laboratoire, in situ et par modélisation mécaniste, ont montré les effets
de l’encroûtement de surface, des conditions aux limites et de la variabilité sur la partition ruissellement /
infiltration (collaborations Cemagref/Antony, 3 publications).
La gestion des ressources en eau par une agriculture « durable » a conduit à développer (coll.
CIRAD/Réunion), un outil d’aide à la décision (pour une irrigation raisonnée adaptée aux agriculteurs
réunionnais), fondé sur une modélisation du bilan hydrique et couplé à des règles simples de décision. Le
modèle WAVE, utilisé dans le contexte des andosols, a permis de restituer très correctement les
dynamiques hydriques et azotées mesurées sur deux cycles culturaux successifs et de mettre en évidence
les risques de lessivage du nitrate. (collaborations CIRAD/Réunion, 4 publications, logiciel OSIR avec
manuel d’utilisation en plusieurs langues).
La thématique de la pollution des eaux souterraines par les produits phytosanitaires (TRA-12) dans
les sols drainés a conduit à développer et évaluer le modèle PESTDRAIN qui montre la nécessité de
considérer deux fonctions de transfert (écoulements lents matriciels, et écoulements préférentiels)
(collaborations Cemagref/Lyon, 6 publications). PESTDRAIN a été intégré dans la plate-forme LIQUID
(SOM-2).
Les propriétés des sols et leurs impacts sur le transfert des agrochimiques ont été particulièrement
étudiées dans les Andosols du Mexique et de la Réunion, dont les caractéristiques uniques sont dues à la
présence de composés amorphes (allophane, imogolite, ferrihydrite,..), et à une forte teneur en matière
organique. (collaborations UNAM & Colegio Postgraduados, Mexique, 8 publications, TRA-13).
4.3
TRANSFERTS DANS LES OUVRAGES 1. Sols urbains et bassins d’infiltration
L’urbanisation exerce une pression croissante sur l’environnement souterrain des agglomérations où les
eaux pluviales véhiculent une charge polluante importante, essentiellement particulaire. Dans des
alluvions fluvio-glaciaires, nous avons étudié l’hétérogénéité du sous-sol et l’impact de l’accumulation de
sédiments, sur les transferts d’eau et de particules à échelle d’un bassin d’infiltration. De plus, nous avons
contribué au développement d’une méthode physique d’estimation des propriétés hydrodynamiques par le
« Linking Test » (5 publications, TRA-14)
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐46‐ 2. Géosynthétiques et barrières argileuses (TRA-15 et TRA-16)
Les propriétés de transfert des géomatériaux, couplées à leur déformation mécanique, en relation avec
l’application au confinement des déchets biodégradables ou radioactifs, en Installations de Stockage,
couvrent deux thématiques principales : i) la fonction de filtre, de drainage ou de contrôle capillaire des
géotextiles hydrophiles ou hydrophobes (1 publication), ii) la fonction d’étanchéité par barrières
argileuses, GSB et géomembranes (8 publications). A partir de 2007, ces études ont évolué de l’essai de
performance à une analyse plus approfondie des différents phénomènes physiques, notamment dans le
cadre de collaborations scientifiques et industrielles, nationales et internationales (i.e. Workshop
GeoEnvironmental Japon-Corée-France,LTHE-2007) .
3. Les déchets urbains et leurs stockages (TRA-17)
Les déchets urbains stockés constituent un milieu poreux beaucoup plus complexe que le sol car
fortement déformable et évolutif. La compréhension et la caractérisation des mécanismes de transfert de
fluides présente à la fois un intérêt industriel (optimisation) et environnemental (protection des nappes,
gaz à effet de serre). Initié par une étude purement géomécanique, le problème des écoulements de biogaz
et de liquide en fonction de l’état du déchet (composition, âge, compression) a été abordé
expérimentalement et a mis en évidence la nécessité de considérer une structure porale duale (1
publication, plateau CSDU).
4. Détection de fuites dans les digues
Cette thématique, étant largement portée par des industriels (i.e. EdF, BIDI, FIBE, TENC) est
soumise à certaines clauses de confidentialité (1 brevet, TRA-18).
5
Bilan (éléments d’auto‐évaluation) Les objectifs scientifiques, annoncés dans le quadriennal en cours, ont tous été abordés, avec un
degré d’avancement globalement très satisfaisant mais évidemment inégal, selon les difficultés
scientifiques et/ou techniques rencontrées. Le recours à une approche systémique des transferts et la
synergie observations-expérimentations-théories-modèles a contribué à accroître notre connaissance de la
complexité des poreux, qui a été mise au service de différents objets d’études, tels que l’hydrologie et
l’hydrogéochimie de la zone non saturée des sols, la géomécanique d’ouvrages artificialisés.
Les thèmes qui ont le plus fortement progressé concernent les milieux à porosités multiples avec les
caractérisations associées, la prise en compte des hétérogénéités et leur évolution temporelle, et le
transport réactif de molécules, de particules et de bactéries, avec biotransformations.
Une relative faiblesse constatée en chimie va être compensée par l’arrivée prochaine de deux MdC.
L’intégration de cinq E-C, à très forte charge administrative à l’UJF, s’est remarquablement passée,
tant scientifiquement qu’humainement.
Au-delà des collaborations académiques, aux plans régional, national et international, et de leurs
valorisations « classiques » par des publications (environ 2,8 publications/an par ETP chercheur et 129
communications), l’équipe a un fort ancrage dans la sphère industrielle, se concrétisant notamment par
le financement de projets scientifiques communs, la co-production d’un brevet et de plusieurs logiciels
ainsi que par des emplois R & D pour ses doctorants (9 sur la période du quadriennal).
Le manque chronique de m2 du LTHE a conduit à externaliser vers d’autres laboratoires certains de
nos développements expérimentaux, menés néanmoins dans le cadre de recherches collaboratives.
TABLEAU DES PUBLICATIONS
NB : les chiffres du tableau ci-dessous incluent des publications avec des co-auteurs d’autres équipes du LTHE. Le total des
publications ACL comptées par équipe est donc supérieur au total des publis ACL du laboratoire listées en Annexe III.
Nbre publis ACL
2005-2009
Nbre ACLN
2005-2009
Nbre colloques
avec Actes
Ouvrages Chapitres
89
13
129
9
L’équipe a contribué à plusieurs rapports ANR (Bioptime, Bioréacteur)
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐47‐ Liste des encadrés TRANSPORE TRA 1 – BEST (Beerkan Estimation of Soil Transfer parameters) : Caractérisation de sols gonflants par Infiltrométrie Beerkan et mesure des courbes de retrait TRA 2 – Drainage dans les sols à double porosité TRA 3 – Transport de soluté dans un milieu poreux consolidé à double porosité TRA 4 – Transport réactif de radioéléments dans le sol de Tchernobyl TRA 5 – Etude des relations spéciation, biodisponibilité et impact des micropolluants sur les communautés microbiennes des sols naturels et anthropisés TRA 6 – Modélisation des écoulements préférentiels et du transport et mobilisation de particules dans les sols non saturés TRA 7 – Etude du rôle des bactéries dans le transfert des polluants métalliques : Réactivité des métaux lourds avec les parois cellulaires bactériennes et transport facilité. TRA 8 – Transfert d’Hydrogène à travers des matériaux argileux de site de stockage de déchets radioactifs TRA 9 – Erosion Interne, Transport et Colmatage TRA 10 – Modélisation du transport des isotopes stables de l’eau TRA 11 – Etude de l’origine du nitrate atmosphérique en région polaire et Atlantique à l’aide des isotopes stables de l’Oxygène et de l’Azote TRA 12 – Réactivité et devenir de polluants organiques dans les sols TRA 13 – Transport de produits agrochimiques dans un petit bassin versant volcanique du centre du Mexique : de la parcelle à la colonne de sol intact TRA 14 – Zone non saturée en milieu urbain TRA 15 – Comportement hydraulique des géotextiles TRA 16 – Etude des propriétés mécaniques et de transfert des géomatériaux soumis à déformations TRA 17 – Comportement bio‐hydro‐mécanique du milieu poreux type Déchets TRA 18 – Détection de fuites dans les digues LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐48‐ EQUIPE CLIMAT, EAU ET RESSOURCES : VARIABILITE ET IMPACTS NIVO‐GLACIAIRES (CERVIN) TABLEAU DES PERSONNELS (adapté pour une équipe crée à mi-quadriennal).
Nbre permanents
Nbre HDR - doctorants
Nbre doctorants
Post-docs, et
au 1er janv. 2009
soutenus
en cours
visiteurs
(Nb HDR)
(Min.,CNRS,IRD,Autre)
(Idem)
(Pers / An)
6 (2)
0 - 6 (2 ; 2, 2, 0)
Visiteurs : inclus accueil visiteurs scientifiques Great Ice.
6 (2; 1, 2, 1)
1, 10
Masters
10
1. Introduction (contexte, création, perspective stratégique) 1.1 CREATION DE L’EQUIPE 1er janvier 2009.
En raison de cette création très récente, le bilan d’activité déclinera essentiellement : (i) les compétences
et expertises, c'est-à-dire les moyens et les méthodes apportés par les membres participants pour les
programmes scientifiques déjà en cours ou récemment initiés (observation et instrumentation,
modélisation), ainsi que (ii) les principaux résultats obtenus et publiés sous l’égide des laboratoires de
rattachement précédents avant le 01 janvier 2009.
1.2 CONTEXTE L’intégration au 1er Janvier 2009 de 4 chercheurs en provenance de l’ex-Unité « Great Ice » UR032 de
l’IRD (Y. Arnaud, B. Francou, JE. Sicart, P. Wagnon) et le rattachement mi 2008 de JP. Dedieu (CR1
CNRS) ont ouvert au LTHE une thématique nouvelle en nivologie et glaciologie déclinée sur plusieurs
chantiers de haute montagne (Alpes, Andes, Himalaya). Cette complémentarité scientifique des entrants
autour d’une thématique commune a justifié la création d’une nouvelle entité au LTHE à mi-parcours du
présent contrat quadriennal. Ce groupe a été rejoint par Sylvain Bigot (Pr., UJF-IGA), dont les travaux
sont relatifs à la climatologie et à la nivologie de montagne (télédétection, géostatistiques), précédemment
rattaché à l’équipe IBIS.
Cette équipe vise à créer une plate-forme cohérente de travail avec les activités menées sur le site
grenoblois par d’autres Etablissements en nivologie, glaciologie et hydrologie de montagne : MétéoFrance/CEN, Cemagref/ETNA, EDF-DTG, Pole Grenoblois Risques Naturels. Enfin, cette création est
renforcée par le souhait commun du LTHE et du LGGE de mutualiser au sein de l’OSUG les
compétences scientifiques entre la nouvelle équipe CERVIN et l’équipe « Climat moderne/Observations
glaciologiques» du LGGE, pour une meilleure lisibilité nationale lors du prochain quadriennal.
2. Thématiques et Objectifs Le projet scientifique de l’équipe CERVIN s’affiche clairement sur l’étude du cycle de l’eau en milieu
glaciaire et nival : interaction en amont avec la variabilité climatique et en aval avec les régimes
hydrologiques. Couverture nivale saisonnière et capitalisation glaciaire pluriannuelle sont donc définis
comme (i) marqueurs des variations climatiques et (ii) composantes du bilan hydrologique.
Cinq thématiques scientifiques ressortent de l’activité croisée des membres de l’équipe :
1. Climat/Processus nivo-glaciaires (accumulation, ablation, simulations futures)
2. Bilans de masse et bilans d’énergie (albédo manteau neigeux et glaciers)
3. Spatialisation de la mesure par imagerie satellitale (nivologie, glaciologie)
4. Hydrologie nivale et glaciaire (bassins versants, échelle locale à régionale, modélisation)
5. Risques, impacts et vulnérabilité (avec mécanismes de rétroaction économique et sociétale)
Les objectifs de l’équipe pour cette période limitée à deux ans sont clairs :
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐49‐ (i) créer une plate-forme réellement cohérente pour mettre en synergie les compétences individuelles
complémentaires de ses membres. Pour ce faire, les expertises de chacun vont précisément s’articuler
autour de la question cruciale de la dynamique du climat (S. Bigot) appliquée à une nouvelle distribution
de la fusion nivale (JP. Dedieu) et aux bilans glaciaires (Y. Arnaud, B. Francou, P. Wagnon) versus les
flux d’énergie (JE.Sicart).
(ii) Mobiliser nos moyens disponibles pour répondre en commun à des appels d’offres qui soient
fédérateur et donnent une dynamique impulsionnelle forte pour préparer collectivement la prospective
2011 du LTHE sur cette nouvelle ligne de recherche (exemple : projet Paprika déposé à l’ANR CEP).
3. Méthodes et Moyens Stratégie de modélisation :
Les thématiques organisées autour des processus nivo-glaciaires (échelle locale à régionale) appliqués
à l’hydrologie de montagne s’appuient sur la pluridisciplinarité et les compétences de l’équipe en
nivologie, glaciologie, climatologie, télédétection et géostatistique, ce qui fait son originalité dans le
paysage national. De plus, l’équipe hérite de plusieurs chantiers qui ne constituent pas un tout cohérent,
puisqu’il s’agit d’opérations initiées avant que les membres ne rejoignent le LTHE. Le challenge de ces
deux années est de mettre en place une stratégie donnant une cohérence scientifique à l’ensemble. L’un
des moyens est d’ajouter aux observations pré-existantes, le volet hydrologie de montagne dans une
logique de modélisation, et de comparer les acquis.
Les Systèmes d’Observation.
3.1
GLACIOCLIM : Les GLACIers, un Observatoire du CLIMat
Le LTHE héberge depuis le 1er janvier 2009, via l’équipe CERVIN, la partie andine des activités du SO
GLACIOCLIM, labellisée par l’INSU est coordonnée par P.Wagnon (IRD). Cet observatoire vise à
étudier les glaciers comme indicateurs du climat. La composante tropicale concerne actuellement les
Andes uniquement avec 2 glaciers (climat tropical interne Antizana-15, Equateur et climat tropical
externe Zongo, Bolivie). Sur chaque glacier pilote, le protocole d’observation est le même, et il inclut
mesures glaciologiques (bilan de masse), mesures météorologiques et à terme, mesures hydrologiques.
Toutes les informations, ainsi que l'accès à la base de données sont disponibles via le site
http://www-lgge.obs.ujf-grenoble.fr/ServiceObs/index.htm.
3.2
La Zone Atelier « ALPES »
Il s’agit d’un réseau de recherches interdisciplinaires, labellisé par le CNRS-InEE depuis octobre 2008,
qui est dédié à l’étude des «Dynamiques couplées des écosystèmes alpins, de leurs usages, et du
climat». Les participants sont le LECA (UJF Grenoble), le LTHE-CERVIN (S. Bigot assurant la
ccordination de l’axe « forçages climatiques » et le Cemagref-ETNA sur les impacts écologiques et socioéconomiques de la variabilité climatique sur des territoires de moyenne montagne.
Cette Zone Atelier se fonde sur des observations et expérimentations instrumentées à long terme menées
sur le terrain (Vercors, Oisans). La problématique centrale considère le climat comme forçage essentiel
mais aussi, en retour, les effets des changements des écosystèmes sur le climat lui-même (ressources en
eau, biodiversité, cycles biogéochimiques).
(Voir le site : http://www.cnrs.fr/inee/recherche/infrastructures-za.htm).
4. Résultats 4.1 Bilans d’énergie et bilans de masse glaciaires :
4.1.1 Réponse des glaciers tropicaux Andins à la variabilité climatique régionale : (Encadré CER-1)
En 17 annnées d’existence, l’unité propre Great Ice de l’IRD – dissoute en décembre 2008 – a permis
dans les Andes de réunir une base de données unique (disponible sur différents supports comme des sites
web spécialisés, i.e. GLACIOCLIM) sur une dizaine de glaciers et sur le climat andin à haute altitude
(Francou et al., 2005), notamment en ce qui concerne les bilans de masse, les bilans d’énergie et les
mesures permettant de modéliser les flux de glace.
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐50‐ Ces résultats mettent l’accent sur le recul accéléré des glaciers de cette région depuis 1976 (Francou et
al., 2005 ; Rabatel et al., 2006 ; Rapport IPCC, 2007 ; Vuille et al., 2008). Les pertes de surfaces portent
sur 30 à 50% en général en 30 ans à l’échelle de certains massifs (Soruco et al., 2009. Ces pertes
s’inscrivent dans une tendance multidécennale, mais, intervenant surtout les années où le Pacifique
tropical est anormalement chaud, elles sont donc étroitement modulées par la variabilité ENSO (Francou
et al., 2004 ; Vuille et al., 2008).
Les cycles annuels du bilan d’énergie (CER-2) sur les glaciers de la zone tropicale interne (Antizana en
Equateur) et de la zone tropicale externe (Zongo en Bolivie) ont montré que le bilan d’énergie est en
majeure partie contrôlé par les flux radiatifs (Sicart et al, 2005). D’une part le flux incident de grande
longueur d’onde, et le flux de chaleur latente négatif toute l’année (sublimation), contrôlent la
saisonnalité de la fonte en surface du glacier (Sicart et al, 2005 ; Winkler et al, 2009). D’autre part, la
variabilité interannuelle du bilan de masse est largement conditionnée par la part de la radiation solaire
absorbée par la surface du glacier. Ainsi, l’albédo est le facteur clé du bilan d’énergie (Vincent et al,
2005 ; Sicart et Arnaud, 2007). Pour des raisons différentes, les glaciers de la zone tropicale interne et
ceux de la zone tropicale externe répondent de façon identique aux forçages de type ENSO, avec un
déficit de masse lors d’événements El Niño et le contraire lors d’épisodes La Niña, du fait du contrôle
des précipitations sur l’albédo du glacier. Les glaciers tropicaux enregistrent les forçages climatiques à
l’échelle de l’ensemble de la région pacifique (Vuille et al, 2008).
Les résultats en hydrologie mettent l’accent sur le rôle des glaciers dans les régimes hydrologiques,
notamment en soutenant les débits d’étiage en saison sèche et pendant les années sèches. Beaucoup de
bassins versants englacés ont vu leurs débits augmenter ces dernières années du fait de la libération des
stocks glaciaires, mais les modèles montrent que cette tendance devrait s’inverser dans le futur. Les
modèles du climat à méso-échelle indiquent que les Andes s’échaufferont davantage en altitude (plus de
4000 m) qu’en dessous (Vuille et al., 2008).
4.1.2 Réponse des glaciers de l’Himalaya aux fluctuations climatiques récentes (CER-3) :
Deux programmes de mesures du bilan de masse ont été initiés sur le Chhota Shigri en Inde et sur le Mera
au Népal. La série de bilan de masse du Chhota Shigri montre une tendance au recul, avec un bilan
moyen de -1 m d’eau par an, sauf pour l’année 2004-05 équilibrée (Wagnon et al, 2007). Dans la région
du Spiti/Lahaul (Himalaya Indien), un MNT SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) et un MNT du
satellite SPOT5 de 2004 (Berthier et al, 2007) ont été comparés. Sur la plupart des glaciers de cette zone
de 915 km2 un amincissement significatif a été observé sur le bas des glaciers. Le bilan de masse
spécifique déduit de la comparaison de ces MNT est compris entre -0,7m/an et 0,85m/an (équivalent en
eau). Le taux de perte de glace observé dans cette étude est deux fois supérieur au taux moyen observé
entre 1979 et 1999, indiquant une augmentation de la diminution des glaciers dans cette région.
4.1.3 Flux turbulents et ablation glaciaire (CER-4) :
Les principaux résultats récents sont issus de l’ANR jeune chercheur 2006-2008 « Turbulence et Ablation
Glaciaire », coordonné par J.-E. Sicard et associant Great-Ice/IRD, le LGGE et Météo France-CEN. Cette
action de recherche concerne la relation climat-glacier : analyse des flux turbulents et processus
d’interactions dynamiques entre l’atmosphère et la fonte glaciaire, étude de la couche limite qui relie
l’atmosphère libre aux bilans glaciaires.
Les objectifs sont (i) l’analyse de la variabilité des flux turbulents en surface des glaciers et de la partition
de l’énergie incidente en sublimation et fusion, (ii) l’étude des effets des changements climatiques sur les
glaciers, incluant les rétroactions de surface sur la stabilité de l’air, et (iii) l’amélioration du calcul des
bilans glaciaires dans les modèles climatiques. Ce projet s’appuie largement sur la base de données de
« GLACIOCLIM » et les sites d’étude sont dans les Alpes, les Andes Centrales et en Antarctique. L’étude
s’appuie sur (i) la comparaison des flux dans et hors de l’influence thermique du glacier, (ii) l’analyse de
profils verticaux de vent et température, et (iii). La mesure directe des flux turbulents par la méthode de
corrélation turbulente. L’analyse des flux radiatifs permettra de boucler les bilans d’énergie et situer
l’importance relative des flux turbulents. Dans le cadre de ce programme, deux études récentes se sont
intéressées à la simulation de la fonte des glaciers par comparaison de modèles physiques et
statistiques (Sicart et al., 2008 ; Six et al., 2009).
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐51‐ 4.1.4 Inventaire glaciologique : contribution au « GLIMS » (http://www.glims.org).
Le projet GLIMS (Global Land Ice Measurement from Space) a pour objectif d’inventorier la majorité
des 160000 glaciers estimés dans le monde (Raup et al, 2007). Les données sont reçues au NSIDC
(National Snow and Ice data Center) qui alimente une base de données interactive consultable sur la toile.
Nous avons contribué à cette base de donnée au niveau de la Cordillère Blanche du Pérou en incluant les
contours des glaciers obtenus sur des images SPOT de 2003. Racoviteanu et al. (2008) ont ensuite
comparé un inventaire des glaciers effectué sur des photos aériennes de 1970 avec notre inventaire de
2003. Les résultats montrent qu’en moyenne les glaciers ont perdus 22,4 % de leur surfaces entre 1970
et 2003, que le front des glaciers est remonté en moyenne de 113 m, que leur nombre a augmenté mettant
en évidence la transformation de gros appareils glaciaires en plusieurs petits glaciers.
4.2 Variabilité spatio-temporelle du manteau neigeux :
4.2.1. Dynamique de la couverture neigeuse dans les Alpes (CER-5) :
Les résultats obtenus en ce domaine soulignent (i) la précocité accentuée depuis les années 90 du début de
la fusion nivale dans les Alpes et (ii) une augmentation de la disparité spatiale de l’enneigement entre
massifs et bassins versants (remontée altitudinale de la limite pluie/neige) : Bigot et al. (2008), Dedieu et
al. (2008).
En ce qui concerne l’utilisation des hyperfréquences actives (SAR), ce domaine a démontré sa capacité
à cartographier la neige tout-temps sous le mode polarimétrique (Martini et al., 2006) et à caractériser
certaines grandeurs physiques mesurables du manteau neigeux, telle la densité et la teneur en eau liquide
(Dedieu et al., 2005 ; Niang et al., 2007).
4.2.2. Dynamique de la couverture neigeuse tropicale :
Le modèle couplé sol-neige de Météo France ISBA-CROCUS a été appliqué sur le couvert nival des
moraines du Charquini, en face du glacier Zongo, dans la zone tropicale externe (Lejeune et al, 2007a,
2007b) et sur le site de la station ORE Glacioclim de l’Antizana, dans la zone tropicale interne (Wagnon
et al., soumis). Ce modèle a montré que, lorsque le couvert neigeux est discontinu ce qui est le cas la
plupart du temps (mosaïque neige-sol nu), la fonte est majoritairement contrôlée par les transferts
horizontaux d’énergie, par conduction dans le sol, ou par advection dans l’air entre les zones
enneigées et déneigées. L’albédo des sols nus dépend aussi grandement du contenu en eau des sols
(l’albédo diminue avec l’augmentation de l’humidité), ce qui a un impact non négligeable sur la
modélisation des zones déneigées (Gascoin et al, accepté).
4.2.3. Dynamique de la couverture neigeuse en Nouvelle Zélande :
Dans la chaîne alpine du Sud, une part significative de la ressource en eau est stockée sous forme de neige
et de glace. La connaissance de la répartition spatio-temporelle de ce stock est de première importance
pour la modélisation des apports d’origine nivo-glaciaires. Sirguey at al. (2008 et 2009) décrivent une
méthode de traitement des images MODIS (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer) avec
correction atmosphériques et géométriques simultanées pour produire en routine des cartes du couvert
nival à une échelle inférieur au pixel basé sur l’indice NDSI (Normalized Snow Difference Index). Une
base de données de 679 images a été produite pour la période 2000 à 2007. Ces observations vont
permettre une meilleure modélisation du débit d’origine nivale et donc une meilleure gestion de la
ressource en eau.
5. Bilan (éléments d’auto‐évaluation) Il n’est évidemment pas possible de dresser un bilan comparatif de type « résultats obtenus versus
objectifs initiaux » à date de juin 2009 pour une équipe administrativement créée au 1er janvier 2009.
Par contre, il est important de décliner les points forts obtenus par les membres de l’équipe depuis 2005
dans leurs Unités respectives précédentes, afin de souligner la qualité et l’originalité des travaux
réalisés.Dans le contexte international et national de ces quatre dernières années, plusieurs avancées
significatives valorisées par des publications scientifiques méritent d’être soulignées.
5.1 Bilans d’énergie et bilans de masse glaciaires
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐52‐ Les activités récentes de l’équipe ont reposé essentiellement sur l’analyse des observations et des données
collectées par les SO Néanmoins, des modèles de bilan d’énergie distribué ont été appliqués ou
développés sur les glaciers Zongo (Bolivie) et Antizana (Equateur) afin de simuler le bilan de masse et la
fonte totale des glaciers (modèles de Hock, Favier ou application du modèle CROCUS du CEN).
L’objectif de ces études était de comprendre les processus de fonte à partir de la spatialisation des
mesures ponctuelles des stations micrométéorologies
De part leur grand nombre et leur taille, le suivi des glaciers Andins et Himalayens ne peut pas se faire
sans l'apport de la télédétection. Notre spatialisation des données de bilan à l’échelle des massifs, à partir
de glaciers-témoins, qui constitue une étape franchie par très peu d’équipes internationales, est décisive
en termes d’applications hydrologiques et pour alimenter les bases de données mondiales (GLIMS,
WGMS). Nous avons pu le faire avec succès pour la Cordillère Royale en Bolivie (A.Soruco, 2008).
D’autre part, il existe très peu de données météorologiques et de suivis de bilan de masse sur les glaciers
Himalayens. Dans ce contexte difficile, nous avons réussi à instrumenter deux glaciers dans des zones
climatiques distinctes (Chhota Shigri en Inde depuis 2002 et Mera au Népal depuis 2007) sur lequel nous
effectuons des mesures dans le cadre d'un projet CEFIPRA en Inde depuis 2007 et dans le cadre d'une
collaboration qui démarre en 2009 avec le consortium EVK2CNR. Une méthode originale de
détermination du bilan de masse par différence de MNT télédétection SPOT à l’échelle du massif a enfin
été initiée et validée par les mesures terrain sur les glaciers-témoins (Berthier et al, 2007).
5.2 Dynamique de la couverture neigeuse
Les travaux entrepris en climatologie de montagne (Encadré CER-6) dans le cadre de la Zone Atelier
Alpes seront progressivement intégrés à la stratégie inter-ZA de l’InEE, notamment grâce à la mise en
place d'un outil collaboratif entre les différents laboratoires français membres du réseau des ZA, et aussi
par la mutualisation des données. A l'échelle internationale, les travaux menés par la ZAA chercheront à
obtenir, au cours de la période 2010-2011, les labels européens LTER (Long Term Ecosystem Research)
et international (ILTER).
5.3 Télédétection
Pour le domaine optique, CERVIN s’inscrit au même niveau des équipes nationales et internationales qui
appliquent en routine des méthodologies sophistiquées, mais désormais éprouvées : corrections
atmosphériques et relief conjointes (BRDF), calculs d’indices pour la cartographie (NDSI, NDSII).
L’objectif est à présent d’utiliser la télédétection en assimilation de données pour spatialiser les données
de modèles physiques semi-discrétisés en hydrologie et climatologie (EdF, Météo France).
Pour le domaine des hyper-fréquences actives (SAR), nous sommes présents dans l’une des 5 équipes
mondiales actuellement leaders en polarimétrie Radar sur la neige (JPL-USA, ENVEO-Autriche, DLRAllemagne, INRS-Canada et IETR-LTHE-CEN-EdF. L’avancée la plus spectaculaire concerne les études
de densité et d’équivalent en eau, de la neige, celle-ci restant une cible très complexe, car variable dans sa
structure interne et dans son évolution temporelle. Notre projet scientifique a été accepté à la fois par
l’Agence Spatiale Canadienne et par le PNTS 2009 (INSU).
Enfin l'utilisation conjointe, souvent simultanée, entre mesures de terrain et mesures de satellite optique
ou Radar dans les zones d'altitude peu accessibles est un atout majeur de l'équipe et en fait également sa
spécificité et originalité en termes d’expertise.
TABLEAU DES PUBLICATIONS
Nota Bene: les publications comptabilisées ci-dessous sont celles des chercheurs de CERVIN depuis 2005, y
compris dans leur ancienne affiliation. Par contre elles ne sont incluses dans le bilan global de l’unité (tableaux et
figures de la section I de ce rapport) que pour les années à partir des quelles les chercheurs ont rejoint le LTHE, à
savoir 2008 pour J.-P. Dedieu et 2009 pour les 4 chercheurs IRD de l’ex unité GREAT ICE.
Nbre publis ACL
2005-2008
Nbre ACLN
2005-2008
Nbre colloques
avec Actes
Ouvrages Chapitres
Autres*
35
14
55
1- 3
2
*Bases de données : Glacioclim « Andes», Zone-Atelier « Alpes » (depuis 01.01.2009).
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐53‐ Liste des encadrés CERVIN CER‐1 Etude des fluctuations et de la variabilité des bilans de masse des glaciers des andes centrales au cours des 30 dernières années (Bolivie, Pérou, Equateur, Colombie). CER‐2 Cycle annuel du bilan d’énergie sur les glaciers tropicaux. CER‐3 Impact de l’évolution de la cryosphere sur la ressource en eau en himalaya. CER‐4 Etude de la turbulence en milieu nivo‐glaciaire CER‐5 Application de la télédétection en nivologie alpine. CER‐6 Etude de la variabilité climatique des hauts plateaux du vercors. LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐54‐ III STRUCTURES TRANSVERSALES 1
OREs ‐ SOs AMMA‐CATCH : AMMA‐Couplage de l’atmosphère Tropicale et du Cycle Hydrologique (http://ltheln21.hmg.inpg.fr/catch/) AMMA-CATCH est un ORE soutenu par l’IRD et l’INSU depuis 2002 et labellisé service d’observation
par l’INSU en 2005. Il est dédié à l’étude des couplages entre la variabilité climatique, la variabilité
environnementale (couverture végétale notamment) et le cycle hydrologique en Afrique de l’Ouest, un
sous-continent où les conditions d’accès à l’eau sont critiques pour la population et où elles ont tendance
à se dégrader sérieusement depuis trois décennies.
1.1
Objectifs
L’Afrique de l’Ouest est une région dont les conditions climatiques et environnementales sont en
évolution très rapide depuis une soixantaine d’années, ce qui perturbe profondément les relations entre le
climat et le cycle de l’eau, d’une part, et, d’autre part, remet en cause les équilibres socio-économiques
qui s’étaient maintenu vaille que vaille jusqu’alors. Dans une première phase, l’ORE s’est intéressé à la
compréhension de certains mécanismes de base régulant les liens entre variations climatiques,
changements d’usage des sols et de végétation et cycle de l’eau à l’échelle de systèmes hydrologiques
élémentaires. Aujourd’hui, tout en fournissant des données pour poursuivre ces recherches sur ces
processus élémentaires, l’ORE vise à documenter sur le long terme la variabilité interannuelle et
décennale des paramètres climatiques, hydrologiques et écologiques à partir de trois sites étagés sur le
transect éco-climatique d’Afrique de l’Ouest. Il accorde une importance particulière à la validation des
missions satellitaires et à celle des modèles de climat ou du cycle de l’eau dont les paramétrisations sont
testées et améliorées suite aux campagnes AMMA-EOP.
Stratégie d’observation ; insertion nationale et internationale
1) Trois sites de méso-échelle (voir carte ci-dessous), certains instrumentés depuis 20 ans et sur lesquels
se concentrent les mesures spécifiques (pluie, hydrologie, couche limite, végétation)
2) Lien fort avec l’observation satellitale, i) pour la validation des missions GRACE, Megha-Tropiques et
SMOS notamment ; ii) pour le transfert à l’échelle régionale des résultats du monitoring de méso-échelle.
3) Les données mises à disposition via la base de données AMMA sont largement utilisées par plusieurs
laboratoires dans le monde pour valider les paramétrisations de modèles et servent de base pour des
exercices d’intercomparaison (ALMIP-1, ALMIP-2 notamment)
Réalisations marquantes
ª Des sites instrumentés depuis 20 ans pour un suivi fin des précipitations et de la végétation en zone
sahélienne
ª Un réseau de stations de mesure de flux et d’humidité du sol sans équivalent dans la zone
intertropicale
ª La mise en place des conditions expérimentales et logistique qui ont été essentielles pour la réussite
de l’EOP d’AMMA (plusieurs milliers de capteurs déployés dans des conditions très difficiles en
Afrique de l’Ouest entre 2005 et 2007)
ª Sites CALVAL pour les missions MT et SMOS, les seuls dans cette région du monde
ª 83 articles internationaux sur la période 2006-2009 dont un auteur au moins est un PI instrument de
l’ORE et utilisant des données produites par l’ORE
ª Un numéro spécial dans Journal of Hydrology regroupant 24 articles
ª La mise en évidence du décalage du cycle saisonnier des précipitations depuis 30 ans, persistant
malgré un retour à des conditions meilleures sur la région
ª La caractérisation du transect régional en terme de bilans radiatifs
ª Un approfondissement de nos connaissances sur les interactions entre processus hydrologiques et
biologiques permettant de rendre compte de la réaction des hydro-systèmes à la variabilité
pluviométrique extrême, en zone sahélienne d’une part, en zone soudanienne, d’autre part.
ª La mise en évidence qu’actuellement l’évolution des conditions environnementales (changement
d’usage des sols, dégradation de la végétation) a un impact plus fort sur la modification du cycle
hydrologique que l’évolution climatique d’échelle décennale.
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐55‐ EOP
GOURMA
Gao
NIAMEY
Nakambé
Nakambé
€
Illorin
Bamako
OUEME
€Parakou
EGEE Cruises
EOP Inst.
:AMMA-CATCH Sites
:PHOTONS-Aeronet
:IDAF Chemistry network
:PIRATA Buoys
Regular operation
from 2005
RadioRadio-Sounding
Network
: GPS
Sahelian Aerosol
Transect
Instruments SOP maintenus 2007
GPS SOP
:
EOP
€ : VHF
:
: XPORT
:
Radar MIT
Aérosols SOP Bani
: Flux Stations
12
10
10
8
Cotonou
6
1
Djougou
2
3
4
Rain recorder
9.5
Daily rain
limnigraph
Automatic piezometer
Daily piezometer
Parakou
Meteorological station
Radiosounding
Ozone radiosounding
Flux
9
0
10
20
30
50km
40
9.9
Weather radar
€
Kopargo
Bira
UHF profiler
VHF profiler
Disdrometer
Ronsard
9.8
GPS station
Béléfoungou
Photometer
Hydro transect
Scintillometer
Nalohou
IDAF
Donga
9.7
Micro rain
Djougou
Chemistry
VHF UHF
Lidar ceilometer
Nangatchori
X-Port
€
profiler
9.6
1.5
0
1.6
5
10
1.7
15
1.8
1.9
2
20 km
Figure III.1. Stratégie d’observation multi‐échelle, illustrée sur le site de l’Ouémé LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐56‐ 1.2
OHMCV : Observatoire Hydrométéorologique Méditerranéen Cévennes‐Vivarais (http://ltheln21.hmg.inpg.fr/ohm-cv/index.php) Objectifs
L’OHM-CV, service d’observation de l’OSUG labellisé ORE en 2002 et SO INSU en 2006, est dédié aux
phénomènes hydrométéorologiques extrêmes affectant les régions méditerranéennes dans un
contexte de changement climatique et de pression anthropique. A ce stade, l’effort porte sur les pluies
intenses et les crues-éclair qui constituent un enjeu sociétal fort en raison de la relative imprévisibilité
des pluies extrêmes, de la dynamique hydrologique rapide des bassins versants urbains et montagneux
ainsi que de la vulnérabilité croissante des régions méditerranéennes.
Stratégie d’observation ; insertion nationale et internationale
Trois axes complémentaires sont développés :
1) un site-pilote de méso-échelle dans la région Cévennes-Vivarais vise à faire progresser notre
compréhension des processus et à améliorer et valider les modèles météorologiques et hydrologiques par
(1) l’exploitation des données des services opérationnels et (2) la réalisation d’expérimentations
concertées à vocation recherche.
2) la réalisation de retours d’expérience pluri-disciplinaires suite aux épisodes extrêmes se produisant
sur l’ensemble des régions méditerranéennes permet de documenter les processus physiques et
sociologiques afin d’en tirer des éléments de généralité et/ou de régionalisation.
3) l’utilisation de l’archive historique et paléo-hydrologique vise à affiner la caractérisation des
fréquences des pluies et débits extrêmes et d’aller vers la détection de tendances.
L’OHM-CV s’appuie sur un réseau de 13 équipes de recherche en France avec des collaborations fortes
avec les services opérationnels et plusieurs équipes étrangères (Univ. Padoue, Univ. Polytec.
Catalunya ;Wageningen Univ., HCMR…). L’OHM-CV constituera l’un des piliers du système
d’observation du projet HyMeX (http://www.hymex.org) du Chantier Méditerranée en particulier au
cours des périodes d’observations intensives à venir lors du prochain quadriennal. L’observatoire
développe et coordonne sept projets de recherche inter-disciplinaires dans cette perspective.
Points forts de la période 2005-2009
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ƒ
Consolidation du réseau GPS météorologique en lien avec le réseau REGAL (GéoSciences
Montpellier).
Suivi et renforcement des super-sites dédiés à l’étude des processus hydrologiques (EMA,
ESPACE, HSM, LTHE)
Consolidation des opérations de collecte, traitement et mise à disposition des données
hydrométéorologiques opérationnelles (LTHE). Développement de SEVNoL.
Développement d’un logiciel de traitements adaptatifs et régionalisés de données radar pour
l’hydrologie (TRADHy, collaboration LTHE – DSO Météo France). Mise en place de capteurs de
granulométrie des précipitations (Alès, Le Pradel ; LTHE)
Premières expériences de débitmétrie par LSPIV en Ardèche (Cemagref)
Emergence de l’observatoire MEDYCYS consacré aux interactions crues-karsts (HSM)
Préfiguration d’un observatoire des vulnérabilités dans le Gard (PACTE, LTHE)
Développements méthodologiques et forte implication dans les retours d’expérience à l’échelle
européenne dans le cadre du projet HYDRATE : Gard 2002, Vidourle 2005, Slovénie 2007,
Allemagne 2008, Gard et Loire 2008 (LCPC, LTHE, PACTE)
Emergence de la plateforme SOMME - Synergie Observation-Modélisation pour la Modélisation
de l’Environnement (Cemagref, LTHE, HydroWide, LJK) - d’Envirhonalp et premières
interactions fortes avec l’OHM-CV
Organisation de 4 sessions de journées d’étude de l’OHM-CV
Organisation d’un stage de terrain de 8 jours sur le super-site du Pradel (Ardèche) à destination
des étudiants en M1 de l’OSUG tous les ans depuis 2005.
Contributions au montage du projet HyMeX
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐57‐ L’OHM‐CV développe un ensemble de super‐sites dédiés aux études de processus hydrologiques (ci‐dessous l’exemple de Valescure au sein du bassin du bassin versant montagneux du Gardon de Saint Jean) qui s’intégrent dans un emboîtement d’échelles jusqu’à des bassins de quelques milliers de km² (Gardon 1860 km à Remoulins par exemple) sur lesquels des études intégratives (ressources en eau, risques hydrométéorologiques et adaptation sociale) sont menées. Les données des services opérationnels (voir les réseaux pluviométriques et radar à droite) et de certains réseaux à vocation recherche (GPS…) sont indispensables pour assurer une couverture correcte à l’échelle régionale. Valescure (5 km²)
Gardon de Saint Jean (200 km²)
Localisation du site-pilote cévenol et réseaux
opérationnels d’observation des précipitations
Sembadel
Bollène
Montclar
Nîmes
Opoul
Figure III.2. Stratégie d’observation multi‐échelle Figure III.3. Illustration d’un résultat scientifique marquant. Variabilité intra‐événementielle de la granulométrie des pluies au sol en lien avec la réflectivité radar dans les Cévennes. On note au cours de cet événement typique des phénomènes de convection peu développée associée au forçage orographique l’existence de régimes pluviométriques marqués avec des phases de plusieurs heures présentant une grande stabilité de la granulométrie et des changements abrupts d’une phase à l’autre (Chapon et al. Atmos. Res. 2008, 87(1), 52‐65. LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐58‐ 2
Plateaux envirhônalp Envirhônalp a pour mission de mettre en valeur le potentiel régional de recherche, de formation et dʹinnovation dans le domaine de lʹenvironnement pour un développement durable. Envirhônalp est un GIS qui assure cette mise en valeur par des approches différentes et complémentaires. Dans une première étape, le GIS a privilégié une approche par les moyens lourds (plateformes techniques et observatoires) et leur mutualisation. Cette approche sʹest avérée pertinente à lʹéchelle de la région où elle a permis aux équipes de formuler de nombreux projets de regroupement dʹinstruments et de développement dʹoutils nouveaux. Elle a été soutenue dans le cadre des projets dʹétablissements (une vingtaine de postes par an), du CPER (environ 35M€ hors ISA) et des plans Campus. Elle a été relayée par le Cluster Environnement qui a concentré lʹessentiel des crédits régionaux de soutien à la recherche sur les thématiques et les outils dʹEnvirhônalp. La mise en place d’Envirhônalp a permis à la communauté scientifique régionale concernée par les questions environnementales de progresser sensiblement en terme de connaissance mutuelle des laboratoires et des équipes et de leur possible complémentarité. Elle a par ailleurs réussi, dʹune part, à trouver une place et une image dans une région fortement tournée vers de grands projets industriels et, dʹautre part, à mettre en place des regroupements thématiques visibles au plan national. Le LTHE a contribué à cette réussite en portant trois plateaux techniques (CSDU, MOME‐PMPN, PS2E) autour de l’instrumentation de laboratoire et de terrain et en s’impliquant fortement dans un plateau de modélisation (SOMME). 2.1
CSDU Ce Plateau, créé en 2006 à l’initiative conjointe du LTHE et du LGCIE (INSA de Lyon) regroupe un certain nombre d’équipes régionales aptes à travailler de manière pluridisciplinaire sur le problème du traitement final des déchets (biodégradables et industriels) en stockage. Il s’est ainsi constitué une plate‐
forme associant plusieurs laboratoires et un site–pilote (le Centre de Stockage de Déchets Ultimes (CSDU) situé à Chatuzange (Drome) et appartenant à Veolia‐Environnement), la mise à disposition d’un site étant fondamentale pour une approche multi‐échelle. Les équipes de recherche actuelles sont : ªLes équipes « Transpore » et « HGP » du LTHE ªLes équipes « Géochimie » et « Génie Civil » du LGCIE de l’INSA de Lyon ªL’équipe « COV » du GRECA de l’Université Joseph Fourier ªL’équipe « Pollution atmosphérique » du LACE de l’Université Claude Bernard de Lyon En appui à ce Plateau, plusieurs programmes ont été financés (PPF, une ANR Precodd), deux bourses de thèse obtenues (ADEME‐Veolia :G.Stoltz et Région Rhône‐Alpes :C.Barral) et un soutien du Cluster « Environnement » de la Région Rhône Alpes. Des investissements importants ont été faits , en particulier au LTHE sur financement industriel, les cellules « CICLADES » de taille métrique, quatre pilotes asservis permettant la simulation de la méthanisation des déchets sous confinement Les études principales portent sur l’évolution bio‐hydro‐mécanique du milieu poreux type « déchet », sur les transferts d’effluents (biogaz et lixiviat) dans le milieu « déchet » et dans la barrière de couverture du CSDU. Plus précisément on peut citer pour les contributions récentes du LTHE: ªModélisation de la compressibilité du milieu en couplant biodégradation et géomécanique (équipe « Transpore ») ªMesure et évolution de l’humidité du milieu “Déchets” et modélisation des transferts de lixiviat (équipes « Transpore » et « HGP ») ªTransferts gaz‐liquide au travers d’une barrière de confinement (équipe « Transpore » et LGCIE‐
INSA Lyon) et étude du bilan carbone d’une installation de stockage LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐59‐ 2.2
MOME‐PMPN Le Plateau MOME (Microorganismes et Milieux Extrêmes de lʹenvironnement), né en 2002, regroupe une dizaine de laboratoires de disciplines complémentaires autour de lʹétude de microorganismes dans leur environnement et de leurs aptitudes. Le Plateau sʹest bâti autour des moyens uniques disponibles à Grenoble à lʹOSUG et à lʹUFR de Biologie autour de la thématique des microorganismes dans des milieux ou conditions extrêmes (glaces, sols pollués, nappes phréatiques, montagne...). Plusieurs programmes, ANR blanc, ANR Precodd, EC2CO, et le PPF MOME ont fortement contribué aux activités du plateau MOME, en apportant des moyens à la réalisation dʹétudes communes pluridisciplinaires qui se sont traduites par des acquisitions dʹéquipements mutualisés, des initiations de collaborations et de nombreuses publications. Un regroupement de la zone 2 du plateau MOME avec le plateau PMPN apparaît bénéfique au fonctionnement des deux plateaux autant en termes scientifiques que structuraux et logistiques. Ceci pourrait se faire en synergie avec lʹarrivée prochaine dʹun groupe de géochimistes de lʹatmosphère au CERMO et pourrait se concrétiser par la création dʹun plateau intégré novateur et aux contours mieux adaptés à lʹévolution des recherches en environnement sur Grenoble Le Plateau régional PMPN (LTHE, LGIT, LGGE, LGCA pour Grenoble et ENTPE pour Lyon), a permis de réfléchir sur les moyens à mettre en œuvre pour caractériser les propriétés de milieux poreux afin de mieux définir les transferts et les interactions bio‐physico‐chimiques. Il a également conduit à une meilleure connaissance et utilisation des équipements et compétences existants (structure porale, granulométrie, spéciation des éléments chimiques, transferts sur colonne, analyse des courbes de percée). Conçu, initialement, essentiellement pour les propriétés de transfert et d’interactions de surface, ce plateau a été étendu à la géochimie des solutions et des solides. La géochimie s’est ensuite organisée en pôle indépendant. Actuellement le plateau PMPN est étendu à la qualité de l’atmosphère, et il semble hautement souhaitable de regrouper tout ou partie des plateaux MOME et PMPN qui ont un périmètre commun avec l’approche systémique et les essais sur colonne de laboratoire 2.3
PS2E Le Plateau « Suivi de l’Eau dans l’Environnement » (PS2E) a été créé en 2004 avec l’idée de rassembler ainsi les compétences locales existant dans le domaine du développement de capteurs et de méthodes pour suivre les flux d’eau dans les différents compartiments de la biosphère continentale (aquifères, sols, eaux de surface, atmosphère) et à leurs interfaces. D’abord porté par le LEGI et le LTHE, ce dernier y a pris au fil des années une part de plus en plus prépondérante notamment parce son pôle « Electronique et Développements Instrumentaux » est, de facto, la « cellule de développement » de PS2E. Trois projets majeurs ont été menés à bien dans le cadre de PS2E sur la période considérée : −
Le développement d’un radiomètre micro‐ondes de terrain fonctionnant à 2.7 GHz «MaRMoTTe»: voir encadré PS2E‐1. Ce capteur permettra d’effectuer des mesures de température de brillance des sols à cette fréquence où elle dépend essentiellement de la teneur en eau de surface pour des échelles allant de quelques m2 à quelques centaines de m2 selon la hauteur et l’angle de visée retenus. Dès l’automne 2009, il doit être installé dans le Vercors où il servira de référence aux mesures du satellite SMOS dans ce type de région (PI : T. Pellarin) −
Le développement d’un prototype d’appareil RMP de laboratoire (encadré PS2E‐2) préfigurant celui d’un appareil de terrain adapté à la caractérisation de la zone non saturée des sols ce qui, pour l’instant, était inaccessible par cette technique qui ne « voit » pour l’instant que l’eau « libre » dans les zones saturées (encadré HGP‐8, PI : A. Legtchenko). −
Le développement d’un appareil de spectroscopie d’impédance utilisable en conditions de terrain pour une caractérisation in situ des propriétés diélectriques des sols. Il est basé sur une technologie « 6‐ports » et fonctionne en large bande de 100 MHz à 2 GHz : (encadré PS2E‐3, PI : J.‐P. Laurent). L’intérêt d’un tel système est qu’il peut être configuré pour reproduire toutes les techniques de mesure diélectrique de la teneur en eau existant actuellement (TDR & sondes capacitives), d’une part, et que, d’autre part, on obtient par spectroscopie une caractérisation de l’état de liaison de l’eau dans le milieu poreux qui la contient. Ce développement a permis LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐60‐ d’établir une collaboration étroite avec Pascal Xavier, chercheur à l’IMEP et il a reçu en 2008 & 2009 le soutien du programme PEPS (Projets Exploratoires Pluridisciplinaires) du département ST2I du CNRS. La montée en puissance de PS2E a longtemps été bloquée par l’insuffisance chronique de locaux expérimentaux au LTHE. Ce ne sera bientôt plus le cas puisque ce plateau disposera de plus de 200 m2 de surfaces expérimentales dans la partie rénovée du CERMO qui doit être terminée durant l’été 2009. Il pourra donc alors expliciter vis‐à‐vis de l’extérieur la deuxième mission qu’il se doit d’assurer en tant que plateau technique : la mise à disposition d’équipements scientifiques mutualisés. D’ores et déjà, grâce aux financements obtenus via Envirhônalp auprès de nos tutelles IRD et CNRS, ce plateau est doté d’un ensemble exceptionnel d’équipements en géophysique et micro‐métérorologie : (Encadré HGP12). Par contre, lorsque la demande se manifestera en fonction de l’intérêt que présentent ces équipements dans beaucoup de domaines, il est clair que le personnel technique LTHE ne pourra seul porter la charge de travail correspondante et qu’il conviendrait de prévoir le recrutement d’au moins une personne au niveau du Plateau pour gérer ces aspects. 2.4
SOMME (Synergie Observation –Modélisation pour la Modélisation de l’Environnement) Le plateau SOMME regroupe des équipes du Cemagref de Lyon, du LJK de Grenoble et du LTHE qui s’appuient sur l’expertise informatique originale de la société HYDROWide, une start‐up initiée par le LTHE. Il est animé par I. Braud (Cemagref) et M. Noblet (LJK). Au niveau du LTHE, il est piloté par un groupe de 3 chercheurs (S. Anquetin, M. Esteves, M. Vauclin). SOMME mène une action double : • La première concerne le développement de la plateforme LIQUID (Encadré SOM‐1) avec l’introduction de nouveaux modules développés au laboratoire ou importés de l’espace « open source » ; Aujourd’hui, 17 modules permettent des études de processus hydrologiques allant de l’échelle de la parcelle à l’échelle régionale. •
La seconde a trait à l’animation scientifique au travers i) des séminaires scientifiques ouverts à l’ensemble de la communauté régionale, ii) des réunions inter équipes du laboratoire autour de projets communs, iii) des sessions de formations à l’utilisation et la prise en main de la plateforme LIQUID et iv) de la formation par la recherche des étudiants de M1 et M2. Les collaborations HYDROwide – LTHE ont concerné i) l’appui informatique autour de la modélisation hydrologique (pré‐traitement des données, mise en place d’un cadre de développement sous SIG, expertise de nouveaux modèles comme le modèle DHSVM pour la modélisation hydro sédimentaire) et ii) le co‐développement et l’intégration de nouveaux modules dans la plateforme LIQUID. La collaboration Cemagref – LJK ‐ LTHE a permis de consolider le développement numérique de la plateforme LIQUID (maillage, stabilité et convergence du schéma numérique). La collaboration Cemagref – LTHE a permis la réalisation d’études portant notamment sur i) l’impact d’aménagements hydro‐agricoles sur les transferts d’eau et de pesticides dans la zone non saturée d’une parcelle drainée présentant des hétérogénéités importantes (Encadré SOM‐2) ; ii) l’impact du traitement du signal radar sur les hydrogrammes simulés dans la région Cévennes – Vivarais (SOM‐3). La plateforme LIQUID fournit aujourd’hui un cadre unique pour mettre en place les périodes d’observations renforcées de la campagne HyMeX du « Chantier Méditerranée » programmée en 2012. Les réalisations de SOMME ont été soutenues financièrement par des projets collaboratifs nationaux (3 INSU, 1 ANR) et par 2 projets européens (INTERREGIIIb et FP6). A ce jour, elles ont été valorisées par une thèse, 4 publications internationales et présentées dans divers congrès nationaux et internationaux. LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐61‐ Liste des encadrés liés aux Plateaux SOM‐1 Validation régionale du modèle LIQUID SOM‐2 Implémentation de la plateforme LIQUID pour le couplage de modules de drainage, de ruissellement et de transport de pesticides. Le modèle PESTDRAIN SOM‐3 Modélisation hydrométéorologique régionale. Impact des propriétés sols et de l’estimation quantitative des pluies sur la dynamique des crues. PS2E‐1 Développement d’un radiomètre micro‐onde a 2.7 Ghz pour le suivi de l’humidité du sol sur différents sites PS2E‐2 Appareillage de mesure RMP sur échantillons PS2E‐3 Reflectomètre six‐ports pour la caractérisation in‐situ de lʹeau des sols par spectroscopie diélectrique PS2E‐4 Xport, un radar bande X polarimétrique pour l’observation des systèmes précipitants LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 ‐62‐ IV. ELEMENTS DE BILAN Au démarrage de la période couverte par ce rapport, cʹest‐à‐dire au début de l’année 2005, le LTHE devait faire face à plusieurs challenges, dans les domaines scientifique, technique et de gestion. Dans le domaine scientifique, nous devions, d’une part, maintenir une recherche de qualité à forte visibilité régionale, nationale et internationale sur les thématiques historiques du laboratoire, tout en intégrant des thématiques nouvelles liées notamment à l’arrivée de trois nouvelles équipes (2 IRD et 1 UJF) représentant 12 personnes au total. Cette intégration a été un succès qui permet au laboratoire de couvrir plus complètement le spectre des recherches à mener pour mieux comprendre et modéliser les interactions entre Cycle de l’eau, Climat et Environnement dans différents contextes éco‐climatiques. Dans le domaine technique, le laboratoire a mené à bien plusieurs développements instrumentaux originaux. Ils intéressent une large communauté scientifique au‐delà du LTHE et servent de ce fait de point d’ancrage pour des collaborations scientifiques, que ce soit pour le bénéfice de grandes campagnes de mesure internationale (AMMA notamment), ou au sein des SO/ORE que nous pilotons, ou bien encore dans le cadre des plateaux régionaux Envirhônalp. Enfin dans le domaine logistico‐administratif, le laboratoire a fait face à de grandes difficultés sur deux points cruciaux : les locaux et le personnel administratif. Sur le premier point, nous avons connu une amélioration sensible de la situation en doublant la surface utile de nos locaux, grâce au soutien de notre tutelle UJF et aux financements obtenus du CNRS et de l’IRD. En ce qui concerne le personnel administratif, nous sommes toujours dans une situation critique de sous‐effectif (3 postes de titulaires au total et pas d’ingénieur d’encadrement) que nous espérons voir se résorber au cours du prochain quadriennal. 1
Stratégie et résultats scientifiques 1.1
PRESERVER L’EQUILIBRE ENTRE OBSERVATION ET MODELISATION Les modifications rapides de l’environnement (changement d’usage des terres et de couverture végétale) et les modifications du climat, plus lentes mais potentiellement tout aussi significatives pour le cycle de l’eau, nous amènent à travailler sur des systèmes naturels qui sont entrés durablement en état transitoire. Un défi scientifique majeur des années à venir pour l’hydrologie est donc d’observer les modifications en cours du cycle de l’eau des échelles planétaire à locale, tout en développant des modélisations permettant de représenter le cycle hydrologique dans ses différentes composantes, et non plus seulement avec un objectif de prédiction sur une composante particulière. La recherche menée au LTHE, au carrefour de la climatologie, de l’hydrologie, de l’écologie et du génie des procédés impose en conséquence un équilibre maîtrisé entre observation et modélisation. 1.2
OBSERVATION ET EXPERIMENTATION DE LABORATOIRE Le LTHE a bâti ses stratégies d’observation et d’expérimentation autour de dispositifs nationaux et régionaux, à savoir : i) les Observatoires de Recherche en Environnement (OREs), que nous portions depuis 2002 et qui ont reçu le label de Services d’Observations (SOs) de l’INSU ; ii) le pilotage de trois plateaux régionaux Envirhônalp et une forte contribution à deux autres. 1.2.1
OREs ‐ SOs Nous avons : i) atteint nos objectifs d’acquisition de données annoncés lors de la soumission à l’INSU en 2005; ii) agrégé de larges communautés scientifiques internationales autour des thématiques scientifiques des OREs AMMA‐CATCH et OHMCV’; iii) impulsé une production scientifique importante (deux numéros spéciaux dans des revues internationales de référence dans le domaine de l’hydrologie). Les recherches intégrées autour de thématiques transversales doivent progresser et devenir une priorité pour le prochain quadriennal. LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 63 Le LTHE est un acteur national majeur dans la stratégie d’observation mise en place par le ministère et les organismes de recherche à travers notamment la création des OREs en 2002. Les 4 OREs portés par des chercheurs du laboratoire ou auxquels nous contribuons fortement, couvrent trois types d’éco‐
systèmes régionaux (Afrique intertropicale, Méditerranée, Milieux de montagne d’altitude) de grande extension spatiale et jouant un rôle majeur dans les équilibres climatiques, environnementaux et socio‐
économiques de la planète. Le LTHE a acquis de ce fait une forte visibilité nationale et internationale, les deux OREs « historiques » du laboratoire étant devenus le noyau de deux grands programmes internationaux, AMMA pour la décennie 2001‐2010 et le Chantier Méditerranée pour la décennie 2011‐
2020 (projets HyMeX et SICMED). Le LTHE a joué un rôle central dans la structuration nationale, puis internationale d’AMMA, ainsi qu’un rôle majeur dans la structuration de la communauté scientifique africaine. Semblablement, le LTHE joue un rôle important dans la mise en place en cours des structures de coordination scientifique nationale et internationale de HyMeX et sera un contributeur majeur des études hydro‐météorologiques menées dans ce cadre. La structuration de nos stratégies d’observation par les OREs‐SOs a généré une importante activité de développement instrumental et de maîtrise des systèmes de mesure de pointe en amont (voir ci‐dessous, section 2.1) ; ils ont aussi généré en aval des avancés scientifiques importantes dans le domaine de la caractérisation du fonctionnement des systèmes observés et de leurs évolutions, avec un pic de publications marqué en 2008 et 2009 (voir section 1.4 ci‐après). 1.2.2
Plateaux Envirhônalp En ce qui concerne les plateaux Envirhônalp, le LTHE a été porteur de trois plateaux expérimentaux (CSDU, MOME, PS2E6) dont deux (CSDU et MOME) sont devenus des références régionales. Les installations expérimentales de ces deux plateaux sont hébergées dans les locaux alloués au LTHE par l’UJF et largement utilisées par les laboratoires partenaires. Le GIS Envirhônalp a pour mission de mettre en valeur le potentiel régional de recherche, de formation et dʹinnovation dans le domaine de lʹenvironnement pour un développement durable. Dans une première étape, le GIS a privilégié une approche par les moyens lourds (plateformes techniques et observatoires) et leur mutualisation. Cette approche sʹest avérée pertinente à lʹéchelle de la Région où elle a permis aux équipes de formuler de nombreux projets de regroupement dʹinstruments et de développement dʹoutils nouveaux, sous forme de plateaux. Le directeur du GIS Envirhônalp est un chercheur du LTHE ; son action, en étroite collaboration avec un chercheur du LGIT, a permis à la communauté scientifique régionale concernée par les questions environnementales de trouver une place et une image dans une région fortement tournée vers de grands projets industriels et, dʹautre part, de mettre en place des regroupements thématiques visibles au plan national. Les trois plateaux portés par le LTHE fournissent des outils d’expérimentation et d’analyse inexistants jusqu’à présent dans la région sur trois domaines clefs en matière d’environnement : les éco‐technologies avec le plateau CSDU qui développe des approches bio‐hydro‐mécaniques intégrées sur des déchet biodégradables et les éléments des barrières de confinement utilisées dans les Centre de Stockage de Déchets Ultimes ; la biologie environnementale avec le plateau MOME, lieu de convergence pluridisciplinaire favorisant une vision intégrée et croisée de la microbiologie dans les milieux extrêmes, notamment les milieux poreux ; l’instrumentation avec le plateau PS2E, qui associe un centre de développement de nouveaux capteurs (voir section 2.1) pour le suivi de l’eau à différentes échelles dans tous les compartiments de la biosphère continentale à la mutualisation d’un ensemble exceptionnel d’équipements géophysiques et micro‐
météorologiques. Voir signification des acronymes en section III détaillant les projets transversaux du LTHE. 6
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 64 1.3
MODELISATION La modélisation reste une activité essentielle dans notre domaine de recherche. Les deux axes privilégiés par le laboratoire dans ce domaine sont : i) l’intégration de schémas de surface dans les modèles hydrologiques de bassin versant ; ii) la représentation des transferts couplés eau‐ contaminants en milieu poreux. Dans le passé l’activité de modélisation du LTHE était menée de manière éclatée entre les différents thèmes de recherche. A travers le plateau SOMME (labellisé par Envirhônalp) et notre collaboration avec la jeune pousse HYDROWide, les quatre années passées ont amorcé une démarche collective, au sein du laboratoire et en partenariat régional, pour développer une plate‐
forme de modélisation (LIQUID), modulable et permettant des études de processus hydrologiques allant de l’échelle de la parcelle à l’échelle régionale. Le plateau SOMME regroupe des équipes du Cemagref de Lyon, du LJK7 de Grenoble et du LTHE qui s’appuient sur l’expertise informatique originale de la société HYDROWide, une start‐up inséminée au sein du LTHE. Au‐delà du développement de la plateforme LIQUID, ce plateau a mis en place une animation scientifique entre hydrologues et numériciens, grenoblois et lyonnais. Il est à noter que le LTHE reste pénalisé dans ses ambitions par l’absence d’un ingénieur numéricien. Ce poste existait au laboratoire (poste IE attribué par le CNRS en 2001) mais son titulaire a bénéficié d’une promotion IR au LPO à Brest. Nos demandes de remplacement n’ont pas été satisfaites à ce jour. 1.4
PRODUCTION SCIENTIFIQUE Le taux de publication est en hausse importante, du fait notamment de la valorisation des campagnes de mesure des OREs/SOs ; plus de 80% des chercheurs permanents du LTHE sont publiants au sens des critères de l’AERES ; plusieurs non‐publiants l’ont été pour des ennuis de santé majeurs ou du fait de charges administratives d’enseignement importantes. Tableau IV.1 : Taux de publication par permanent chercheur Année
2005
2006
2007
2008
20098
Nombre Publication internationales
Ratio brut: Nb Publis/ Nb permanents
Ratio corrigé (Ens. Cherch.= 1/2 ETP Cherch.)
47
1,24
1,47
51
1,38
1,62
43
1,13
1,43
72
1,71
2,15
85
1,89
2,36
1.5
STRUCTURATION DU LABORATOIRE ET BILAN DES EQUIPES La refonte en 5 équipes a globalement bien fonctionné, tant aux plans scientifique qu’humain. Pour le quadriennal 2007‐2010, nous avions redéfini le périmètre de nos équipes avec trois objectifs : i) en réduire la taille pour en faciliter l’animation scientifique ; ii) encourager l’émergence ou la consolidation de nouveaux axes de recherche ; iii) minimiser les positionnements à cheval sur deux équipes, qui compliquent la vie des personnes concernées. Cette opération a très bien fonctionné sur les premier et troisième points (bonne animation scientifique au sein des équipes et bonne cohésion humaine), inégalement selon les équipes sur le second point. 7 Laboratoire Jean Kuntzman 8
Articles parus ou sous presse (dotés d’un DOI) au 15 septembre 2009. LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 65 L’équipe ASP a été durement touchée par le départ des deux seniors qui couvraient les approches grande échelle (Nick Hall, promotion Professeur à Toulouse ; Henri Laurent, décédé) ce qui a réduit son champ d’activité dans ce domaine. Les études originales sur la convection peu profonde en région cévenole, la caractérisation micro‐physique des systèmes précipitants en zone soudanienne et l’émergence de la thématique des impacts dans les Cévennes et en Afrique de l’Ouest, sont des succès qui sont à porter au crédit de cette équipe. Au cours du prochain quadriennal il est donc prévu de poursuivre dans la même direction avec une équipe légèrement élargie. L’équipe IBIS a connu des difficultés à faire émerger des axes de recherche sur les interfaces qui soient transversaux à ses deux grands chantiers. Ceci s’explique en partie par la dispersion géographique de ses chercheurs, plus de la moitié des effectifs ayant été expatriés entre 2005 et 2007 dans le cadre des campagnes AMMA. Mais cela relève aussi d’un certain manque de maturité des questionnements tels qu’identifiés lors de la création de cette équipe. En conséquence cette équipe éclatera dans trois directions lors du prochain quadriennal : une moitié (4 chercheurs) rejoindra l’équipe HGP, un quart l’équipe ASP (nouvelle dénomination prévue), et un autre quart la nouvelle équipe transverse LGGE‐LTHE sur l’hydrologie de montagne9. Un succès de l’équipe IBIS a en effet été de faire émerger, au‐delà de ce qui était anticipé, un axe de recherche fort sur ce sujet. L’équipe HGP est née des compétences nouvelles en hydro‐géophysique et en télédétection amenées par 4 chercheurs arrivés au laboratoire à l’automne 2004. Cette équipe a souffert de la grande dispersion géographique héritée des actions en cours lors de sa création. Elle a néanmoins montré que certaines techniques de mesure nouvelles permettaient effectivement de mieux caractériser les flux d’eau aux interfaces (saturé ‐ non saturé ; sol ‐ atmosphère), ouvrant ainsi la voie à leur utilisation pour le calcul de bilans d’eau spatialisés. Le rapprochement avec une partie de l’équipe IBIS est la conséquence logique de ces avancées. L’équipe RIVER a réussi à consolider une thématique émergente au sein du laboratoire autour de l’étude des transports solides comme un continuum depuis les zones d’arrachement sur les versants jusqu’aux mécanismes de saltation et de transport au sein des grandes rivières. L’équipe a développé une méthodologie innovante pour le suivi en continu des flux de matières en suspension et construit un modèle à base physique d’érosion du sol à l’échelle de la parcelle. L’intégration des études à la parcelle avec les études en rivière sera un objectif majeur dans le prochain quadriennal et justifie le maintien de cette équipe en l’état. L’équipe TRANSPORE s’est formée en réunissant les chercheurs en milieu poreux du LTHE et une équipe en provenance du LIRIGM. Ceci a conduit à un approfondissement des axes de recherche sur les transferts couplés eau/solutés/ avec renforcement des aspects biotiques et application à une grande diversité d’objets allant des colonnes de laboratoire aux installations de stockage de déchets ultimes en passant par les sols naturels plus ou moins pollués. Cette équipe est très en prise avec la demande socio‐
économique liée à la gestion de l’environnement. La synergie réussie entre les deux groupes de chercheurs est une réussite importante pour tout le laboratoire. L’équipe CERVIN a été créée à mi‐quadriennal, au 1er janvier 2009. Elle concrétise l’émergence d’un axe d’étude sur le cycle de l’eau en zone de montagne (glaciologie, nivologie, hydrologie) qui est stratégiquement structurant et ce à deux niveaux : i) au sein de l’OSUG pour le LGGE et le LTHE ; ii) à l’échelle de l’Université Grenobloise pour ce qui est de l’émergence d’un grand chantier alpin incluant les aspects géologiques, écologiques et socio‐économiques. Cette nouvelle équipe a su créer une dynamique commune avec le LGGE pour proposer une équipe commune aux deux laboratoires lors du prochain quadriennal. Voir le rapport de prospective pour ce qui concerne les pourtours thématiques et les effectifs de ces nouvelles équipes. 9
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 66 2
Activités techniques 2.1
DEVELOPPEMENTS INSTRUMENTAUX Plusieurs réalisations majeures ont confirmé la capacité du LTHE à proposer, concevoir et développer des capteurs innovants pour la recherche en hydrologie. Sur la période, les deux réalisations majeures du pôle « électronique et développements instrumentaux » du LTHE agissant pour le compte du plateau PS2E auront été le développement d’un radiomètre micro‐ondes passif fonctionnant à 2.7 GHz et d’un nouvel appareil RMP mieux adapté à l’exploration de la zone non saturée. Ces deux réalisations se sont accompagnées d’autres actions importantes telles que la finalisation du radar bande X polarimétrique pour l’étude des précipitations, le développement d’un prototype d’analyseur vectoriel de terrain de type « 6‐ports » pour la caractérisation locale des propriétés diélectriques des sols par spectroscopie d’impédance, ou encore la conception et la mise au point du système PIV de mesure de vitesse en rivière en collaboration internationale avec IIHR (Iowa, USA). 2.2
CAMPAGNES DE MESURE L’engagement du laboratoire dans des systèmes d’observation à long terme (voir section 1.2.1 ci‐
dessus) l’a conduit à développer son savoir‐faire dans la mise en œuvre de grandes campagnes de mesure – nationales et parfois internationales – organisées autour des observatoires. L’activité phare dans ce domaine au cours des 4 années écoulées a été la période d’observation renforcée de AMMA (2005‐2007) qui a vu plus de 500 scientifiques originaires d’une vingtaine de pays venir travailler sur différentes sites d‘Afrique de l’Ouest où plus d’un millier de capteurs ont été déployés à l’apogée de la campagne en 2006. La planification, la logistique et la coordination de ces campagnes a été organisée par des équipes du LTHE dans un environnement souvent difficile. Le pôle « expérimentations de terrain et de laboratoire » a été mis en place pour capitaliser et pérenniser le savoir‐faire ainsi acquis afin de le mettre au service de futures campagnes dans le cadre du Chantier Méditerranée, par exemple. 3
Administration et logistique 3.1
ADMINISTRATION Le LTHE souffre considérablement d’être le seul laboratoire de l’OSUG à ne pas disposer d’un cadre administratif du niveau ingénieur pour épauler la direction. Le LTHE dispose aujourd’hui de 3 titulaires pour son administration. Au‐delà du fait que la croissance des effectifs du laboratoire depuis 10 ans n’a pas été accompagnée d’un surplus adéquat de postes administratifs notre principal handicap est de ne pas disposer d’un cadre administratif du niveau ingénieur. Le LTHE est le seul à l’OSUG dans ce cas et ses demandes répétées pour remédier à cette situation n’ont jamais été satisfaites, alors même que la mise en place d’une politique d’indicateurs par nos différentes tutelles renforce considérablement le travail administratif au niveau des laboratoires. En début de quadriennal, le pôle gestion‐ administration du LTHE comptait 3,8 postes de permanents, le poste TCN de l’IRD étant partagé à 80% pour l’IRD et 20% pour le LGIT. Différents mouvements de personnel (voir section I) ont conduit à ce que ce nombre soit réduit à trois titulaires actuellement, le LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 67 départ de Martine Brossier, secrétaire CNRS en disponibilité n’ayant pas été à ce jour compensé. Le ratio postes d’administratifs/ nombre total de permanents est donc tombé à 0,04 ; les conséquences de ce faible soutien administratif sont aggravées par l’absence d’un encadrement adapté dans ce domaine. Nous compensons cela par le recrutement de deux CDDs (1,5 temps ETP) efficaces et dévouées mais qui connaissent mal le système compliqué de gestion d’une UMR quadri‐tutelles. La direction du laboratoire doit donc passer un temps non négligeable à l’encadrement administratif et à la réalisation de tâches de gestion, au détriment de son rôle de pilotage scientifique. 3.2
LOCAUX Une solution a pu être trouvée au cours de ces trois dernières années à la sous‐dotation chronique, et critique, en locaux de bureaux et d’expérimentation, grâce à l’offre de l’UJF de nous installer au bâtiment « CERMO », proche l’OSUG et progressivement libéré par le laboratoire PDC. La sous‐dotation en locaux du LTHE avait été soulignée de manière récurrente par les comités d’évaluation du laboratoire depuis 1998, sans qu’aucune solution ne soit trouvée. Grâce à notre déménagement partiel au CERMO, le laboratoire est passé d’une surface utile totale de 1011 m² en 2006 (16 m²/permanent; 9,3 m² par personne) à une surface totale de 2038 m² aujourd’hui, soit, 28 m²/permanent et 16,3 m² par personne, tous types de surface confondus (bureaux et labos). Cet agrandissement a notamment permis de desserrer les chercheurs, et de disposer des locaux expérimentaux nécessaires pour accueillir les plateaux Envirhônalp dont le LTHE est porteur ainsi que pour développer et tester les instruments de nos systèmes d’observation. Cet agrandissement a toutefois été obtenu au prix d’un éclatement sur quatre sites dont les plus éloignés, la Maison des Géosciences et le CERMO, sont distants l’un de l’autre d’un kilomètre environ. En outre, les travaux de rénovation, qui sont en cours d’achèvement pour ce qui concerne la première tranche au CERMO, ont été menés à bien après l’installation de nos chercheurs et ITAs ce qui a été très pénalisant pour eux. Il est clair malgré tout qu’en prenant le risque de s’installer au CERMO en 2007 dans des locaux un peu délabrés les chercheurs des équipes HGP et RIVER ont amorcé un mouvement qui permet aujourd’hui à notre laboratoire d’être doté à un niveau semblable – bien qu’un peu inférieur – aux autres laboratoires de l’OSUG. L’objectif du prochain quadriennal est de regrouper tout le laboratoire sur le site CERMO‐OSUG. Tableau IV.2 : Evolution des surfaces totales (m²) et rapportées au personnel (m²/personne) allouées au LTHE entre 2006 et 2009. On notera que l’agrandissement s’est fait en maintenant sensiblement constant les ratios Surface totale/Surfaces de bureau (de 0,49 à 0, 47) et Surface totale/Surfaces de laboratoire (de 0,27 à 0, 28). 2006
Surfaces
Bureaux
Laboratoires
Autres
Total
492
269
250
1011
Permanents
30 Juin 2009, total
Total Surfaces Permanents
63
109
7,8
4,5
16,0
9,3
951
566
579
2092
Total
72*
125**
13,2
7,6
28,3
16,3
Hors surfaces plateaux
envirhônalp
Surfaces
Permanents
Total
909
260
488
1657
72*
125**
12,6
7,3
23,0
13,3
*69 titulaires et 3 CDDs sur postes dont les titulaires sont en disponibilité ; **doctorants et post‐doctorants inclus LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 68 ANNEXE I LISTE DES SIGLES ET ACRONYMES UTILISES ACL
AGRHYMET AGU ALMIP AMN AMMA AMS AMSR ANDRA ANR API AROME ASH BDI BioEMCo BQR CALVAL CATCH CEA CEFET CEFIPRA Cemagref CEN CERFACS CESBIO CGIAR CIFRE CIPMA CIRAD CLIVAR CNES CNRM CNRS CPER CRC CROCUS CSDU DME DMN DSO DTG EC2CO ECCO ECOUFLU EDD EGS EGU ENSE3 ENSHMG ENSO ENTPE EOP EPA EPFL EPIC EPST Article à Comité de Lecture Centre régional d’AGRoHYdroMETéorologie (Niamey) American Geophysical Union AMMA Land surface Model Intercomparison Project Allocation de Moniteur Normalien Analyse Multidisciplinaire de la Mousson Africaine (programme) American Meteorological Society Advaced Microwave Scanning Radiometer Agence Nationale des Déchet Radio‐Actifs Agence Nationale de la Recherche Action Programmée Inter‐Oraganismes (AMMA) Modèle de prévisions météorologiques à maille fine de Météo‐France Averaged Synchronized Hyetogram Bourse de Docteur‐Ingénieur (CNRS) Biologie et Ecologie des Milieux Continentaux (Laboratoire‐Grignon) Bonus Qualité Recherche CALibration VALidation Couplage de l’Atmosphère Tropicale et du Cycle Hydrologique (ORE AMMA) Centre de l’Energie Atomique Centro Federal de Educacao Tecnologica Centre Franco‐Indien pour la Promotion de La Recherche Avancée Institut de recherche pour l’ingénierie de l’agriculture et de l’environnement Centre d’Etude de la Neige (CNRM – Météo‐France) Centre Européen de Recherche et de Formation Avancée en Calcul Scientifique Centre d’Etudes Spatiales de la BIOsphère (Laboratoire‐Toulouse) Consultative Group on International Agricultural Research Convention Industrielles de Formation par la Recherche Chaire Internationale en Physique Mathématique et Applications (UAC) Centre de coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement CLImate VARiability and predictability Centre National d’Etudes Spatiales Centre National de Recherches Météorologiques (Météo‐France) Centre National de la Recherche Scientifique Contrat de Plan Etat‐Region Centre de Recherche en Climatologie Modèle physique de fonte de neige développé au CEN Centre de Stockage de Déchets Ultimes Département Milieux et Environnement (IRD) Direction de la Météorologie Nationale (Bénin) Direction des Systèmes d’Observations (Météo France) Division Technique Générale ECosphèer COntinentale et COtière ECosphère COntinentale (programme) ECOUlement et FLU de matières associ és aux cours d’eau et réseau hydrgrafiques naturels ou artificiels Département Environnement et Développement Durable du CNRS European Geophysical Society European Geophysical Union Ecole Nationale Supérieure Energie, Eau, Environnement Ecole Nationale Supérieure d’Hydraulique et de Mécanique de Grenoble El Nino Southern Oscillation Ecole Nationale des Travaux Publics de l’Etat (Vaulx‐en‐Velin) Enhanced Observation Period (programme AMMA) Etablissement Public à caractère Administratif Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne Etablissement Public à caractère Industriel et commercial Etablissement Public à caractère Scientifique et Technique LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 A1‐1 EPSAT Estimation des Pluies par SATellites EPOC Environnements et Paléoenvironnements Océaniques ERA40 European RSeAnalysis ESA European Space Agency ESRF European Synchrotron Radiation Facility (Grenoble) ETNA Erosion Torrentielle, Neige et Avalanches (Equipe du Cemagref Grenoble) EVR Echelle de l’élément de Volume Représentatif FAO Food and Agriculture Organization FCPR Formation Complémentaire Par la Recherche FLOODsite Projet Européen FP6 FP Framework Programme (EU) GAME Groupe d’étude de l’Atmosphère MEtéorologique GCM Global Circulation Model GEWEX Global Energy and Water cycle Experiment G‐INP Grenoble – Institut National Polytechnique GIS Groupement d’Intérêt Scientifique GLIMS Global Land Ice Measurement from Space GLUE Generalized Likelyhood Uncertainty Estimation Global Positioning System GPS HCMR Harvard College Mathematics Review H&S Hygiène et Sécurité HSM HydroSciencesMontpellier (Laboratoire) HYDRATE Projet Européen FP6 HYDROwide Jeune Pousse Grenobloise travaillant sur la modélisation hydrologique HyMeX Hydrometeorology Mediterranean Experiment ICA International Association of Cryospheric Sciences ICIMOD International Centre for Integrated Mountain Development ICP‐MS Inductively Coupled Plasma ‐ Analyse par spectrométrie de masse couplée à un plasma inductif ICSU International Union of Scientifique Unions IDRIS Institut du Développement et des Ressources en Informatique Scientifique IF Impact Factor IGA Institut de Géographie Alpine (Grenoble) IIHR Iowa Institute for Hydraulics Research (Iowa City) ILTER International Long Term Ecosystem Research IMEP Institut de Microélectronique, d’Electromagnétisme et de Photonique (Grenoble) InEE Institut Ecologie et Environnement INPG Institut National Polytechnique de Grenoble INRA Institut National de la Recherche Agronomique INRIA Institut National de la Recherche en Informatique et Automatique INRS Institut National INSA Institut National des Sciences Appliquées INSU Institut National des Sciences de l’Univers INSU‐OA Division Océan Atmosphère de l’INSU INSU/EDD‐SIC Division des Surfaces et Interfaces Continentales de l’INSU (lien avec EDD) IPGP Institut de Physique du Globe de Paris IRD Institut de Recherche pour le Développement IRSN Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire ISBA Interactions Sol Biosphère Atmosphère JRC Joint Research Centre LA Laboratoire d’Aérologie (Toulouse) LACE Laboratoire d’Application de la Chimie à l’Environnement LaMP Laboratoire de Météorologie Physique (Clermont‐Ferrand) LAS Large Aperture Scintillometer LCPC Laboratoire Central des Ponts et Chaussées LECA Laboratoire d’Ecologie Alpine LEFE Les Enveloppes Fluides et l’Environnement LEGI Laboratoire des Ecoulements Géophysiques et Industriels (Grenoble) LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 A1‐2 LEHF LERMA LGCA LGCIE LGGE LGIT LIQUID LIRIGM LJK LMC LMD LMTG LOP LPO LRPC LSCE LSE LSPIV LSR LTER L3S MAE MaRMoTTe MEB MEDYCYS MEEDATT MES MésoNH MNT MODIS MOME MT NCAR NDSI NOAA NSIDC OHM_CV ORE OSUG PACTE PIV PMPN PNTS PS2E PU RMP SAR SCHAPI SDU SDV SHS SICMED SIG SiSPAT SISYPHE SMOS Laboratoire d’Ecologie des Hydrosystèmes Fluviaux Laboratoire d’Etude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique Laboratoire de Géodynamique des Chaînes Alpines Laboratoire de Génie Civil et d’Ingénierie Environnementale Laboratoire de Glaciologie et de Géophysique de l’Environnement (Grenoble) Laboratoire de Géophysique Interne et de Tectonophysique (Grenoble) Plate‐forme hydrologique de modélisation intégrée Laboratoire Interdisciplinaire de Recherche Impliquant la Géologie et la Mécanique (Grenoble) Laboratoire Jean Kuntzmann Laboratoire de Modélisation et Calcul (Grenoble) Laboratoire de Météorologie Dynamique (Paris) Laboratoire des Mécanismes et Transferts Géologiques (Toulouse) Long Term Observation Period (programme AMMA) Laboratoire de Physique des Océans Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement Laboratoire Sol et Environnement (Vaulx‐en‐Velin) Large Scale Particle Image Velocometry Laboratoire Systèmes et Réseaux (Grenoble) Long Term Ecosystem Research Laboratoire Sols, Solides, Structures (Grenoble) Ministère des Affaires Etrangères Radiomètre micro‐ondes Microscopie Electronique à Balayage Système d’observation Multi‐Echelle de la DYnamique des Crues et de l’hYdrodynamique Souterraine des systèmes fracturés et karstiques Ministère chargé de l’Environnement, de l’Equipement et de l’Aménagement du Territoire Matières En Suspension modèle météorologique à Méso‐échelle Non Hydrostatique Modèle Numérique de Terrain MODerate resolution Imaging Spectroradiometer Microorganismes et Milieux Extrêmes de l’Environnement Megha Tropiques National Center for Atmospheric Research (Colorado) Normalized Snow Defference Index National Atmospheric and Oceanic Administration National Snow and Ice data Center Observatoire Hydrométéorologique Méditerranéen Cévennes‐Vivarais (ORE) Observatoire pour la Recherche en Environnement Observatoire des Sciences de l’Univers de Grenoble Politique publique, ACtion politique et TErritoire Particle Imaging Velocimetry Plateaux Milieu Poreux Naturels Programme National de Télédétection Spatiale Plateau Suivi de l’Eau dans l’Environnement Département Planète Univers du CNRS Résonance Magnétique Protonique Synthetic Aperture Radar Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations (Toulouse) Sciences de l’Univers Sciences de la Vie Sciences de l’Homme et de la Société Surfaces et Interfaces Continentales en Méditerrannée (projet du chantier Méditerranée) Système d’Informations Géographiques Simple Soil Plant Atmosphere Transfer scheme UMR 7616 ‐ Structure et fonctionnement des systèmes hydriques continentaux Soil Moisture and Ocean Salinity LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 A1‐3 SO SOMME SPC SPCGD SRTM SST STE STIC STREAMS SVAT TDR TOPMODEL TRIMS TUNES UAC UJF UMR UMSNH UNAM UNESCO WAVE ZAA Service d’Observation Synergie Observation pour la Modélisation de l’Environnement Service de Prévision des Crues Service de Prévision des Crues Grand Delta Shuttle Radar Topography Mission Sea Surface Temperature Sciences de la Terre et de l’Environnement Station de Test d’Instruments et de Capteurs (Grenoble‐CSTB) Projet ANR Soil Vegetation Atmosphere Transfer model Time Domain Reflectometry TOPographic MODEL Triple Ring Infiltrometer at Multiple Suctions Terre Univers Environnement Société (Pole Recherche de l’UJF) Université d’Abomey Calavi (Bénin) Université Joseph Fourier‐Grenoble I Unité Mixte de Recherche Universidad Michoacana de San Nicolas de Hidalgo Universidad NAcional Autonoma de Mexico Organisation des Nations unies pour lʹéducation, la science et la culture Water and Agrochemicals in the soil, crop and Vadose Environment Zone Atelier Alpes LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 A1‐4 ANNEXE II LES COLLABORATIONS INTERNATIONALES Tableau A2. Collaborations internationales ayant donné lieu à publications conjointes (articles ISI) Références (voir liste biblio en
Nbre
Partenaire
Pays
Articles
annexe III ci-après)
Université du KwaZulu Natal, Durban
Afrique Sud
Allemagne
DLR, H. Schlager
Dept. Météorologie, Université Cologne
Allemagne
Leibniz Institute of Applied Geophysics (LIAG)
Allemagne
Australie
CSIRO/ Queensland Univ., Brisbane
Center Australian Weather & Climate Research, Melbourne Australie
Autriche
IPRS, Vienna Univ. of Technology Autriche
Université de Vienne, Département des Sciences (UNIVIE)
Belgique
Bénin
Brésil
Brésil
Burkina Faso
Institut National de la Recherche Scientifique(INRS-EAU), Québec
Canada
Canada
McGill University, Montreal
Canada
Environment Canada, Toronto
Université de Louvain
Université d’Abomey-Calavi. DMN
CTA, ITA, San Jose dos Campos
Departamento d’Energia Nuclear, Univ. Fed. Pernambuco
2IE, Ouagadougou
Université d’Abidjan
Danish Institute of Geophysics
Université Polytechnique de Catalogne, Barcelone
Dept civil engineering, Indian Institute of Science Bet Dagan Volcani Center Dept. Geophysics and Planetary Sciences, Univ. Tel Aviv Dept Civil & Environ. Engineering, Univ. Kumamoto Al‐Balqa’ Applied University, Salt CNR de Bologne
Dept Land & Agroforest Environ., Université Padou
Equipe O. Toure ? , Dicko, A. Collegio de postgraduados, Montecillo
IMTA, Cuernavaca
Cenid-Raspa-INIFAP, Gomez Palacio, Durango
UNAM, Mexico
AgResearch, Hamilton
University of Auckland
Université Otago
Côte d’Ivoire
Danemark
Espagne
Inde
Israël
Israël
Japon
Jordanie
Italie
Italie
Mali
Mexique
Mexique
Mexique
Mexique
New Zealand
New Zealand
New Zealand
Niger
Niger
Nigéria
Pays-Bas
Dept Environmental Sciences Wageningen University
Pays-Bas
KNMI (Royal Netherlands Met; Institute), De Bilt,
Pologne
Université de Gdansk Portugal
Laboratoire national des ponts et chaussées , Lisbone
Sénégal
ASECNA
Sénégal
Dept Génie Civil, Ecole Polytechnique de Thiès
Suisse
Lab. of Hydrology & Land Improvement EPFL, Lausanne
Suisse
ETH, Zurich
Centre AGRHYMET
Université Abdou Moumouni
Direction de la Météorologie (Nigeria Met. Office)
2
1
1
1
3
1
2
3
1
2
2
3
1
3
1
1
2
1
2
6
1
1
1
1
1
4
1
5
4
1
1
3
2
3
7
5
1
3
1
2
2
2
1
6
1
08-67, 08-68
08-25
08-49
08-70
05-5, 05-6, 06-46
09-19
06-41, 08-65
Antérieures à arrivée JP Dedieu au LTHE
08-64
08-44, 08-49
05-17, 08-65
05-02, 08-40, 08-41
07-34
Antérieures à arrivée JP Dedieu au LTHE
09-19
08-43
07-03, 08-72
08-09
06-45, 09-76
06-33, 07-02, 08-14, 09-16, 09-13, 09-49
07-02, 08-02
08-73
08-45
08-73
05-03
08-05, 08-47, 09-17, 09-19
09-30
06-19, 07-33, 08-17, 09-64, 09-67
06-48, 07-07, 08-16, 08-66
08-16
09-64
06-18, 07-26, 08-17
08-17, 09-64
Antérieures à arrivée Y Arnaud au LTHE
05-1, 05-2, 06-3, 08-25, 08-50, 09-1
41 09-8, 09-15
08-58, 08-69,09
09-7,
08-49
06-45, 09-19, 09-76
07-14
05-03, 05-07
06-05, 06-06
08-49, 09-43
05-45
07-09, 07-14, 07-15, 07-36, 08-39, 09-19
07-40
LTHE / Rapport de bilan 2005‐2009 A2‐1 Tableau A2 (suite). Collaborations internationales ayant donné lieu à publications conjointes Joint Research Center, ISPRA, Italie
ECMWF, Reading, UK
Dept Environment, Leeds Univ.
Climate Research Unit, Univ. East Anglia
Sheffield Centre for International Drylands Research, CEH Wallingford +UK Met. Office
Institute of Arctic and Alpine Research, Univ. Boulder
Dept Agronomy, Université Cornell, Ithaca
IIHR, Université Iowa
NSERL, Université Purdue, West Lafayette Dept Civil Engin. & Environ. Science, Univ. Oklahoma
Dept Biol. & Ecol. Engineering., Univ. Oregon, Corvalis
Department Earth Science, Univ. Albany, New‐York
NOAA Earth System Research Laboratory, Boulder
UE
UE
UK
UK
UK
UK
USA
USA
USA
USA
USA
USA
USA
USA
Institut Technologie de l’Environnement, Hanoi Vietnam
Vietnam
1
2
3
2
2
3
3
2
6
1
1
1
6
4
1
08-71
08-49, 09-18
06-44, 08-49, 09-43
07-09, 08-25
05-49, 08-62
09-35, 09-67, 09-18, 09-43
Antérieures à arrivée JM Sicard au LTHE
05-05, 07-22,
05-40, 06-29, 08-24, 08-27, 08-46, 09-36
08-62
09-42
06-30
06-27, 06-28, 06-44, 08-25, 08-49, 08-63
06-27, 06-28, 08-63, 09-37
07-8
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