Éditeur(s) : HAL CCSD Météo et Climat
Résumé : International audience
Les risques hydrométéorologiques sont au coeur du programme de recherche HyMeX sur le cycle de l'eau en Méditerranée. HyMeX a pour ambition d'améliorer leur prévision, de mieux connaître leur variabilité à l'échelle pluriannuelle et de renseigner sur leur évolution, dans le contexte du changement climatique. À cette fin, deux campagnes de mesures dédiées à ces événements extrêmes (SOP1 : pluies intenses et crues rapides ; SOP2 : vents forts et formation d'eaux denses) sont organisées en Méditerranée nord-occidentale, entre septembre 2012 et mars 2013.
ISSN: 0026-1181

hal-00829760
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00829760
DOI : 10.4267/2042/48793

Éditeur(s) : Université de Bretagne Occidentale
Résumé : The negative impact of the man on the environment unquestionably increases. The coastal environment as a whole is the maritime environment which is the most exposed to man-made eutrophication. For instance, nitrate loads to coastal waters off Brittany (France) have increased 10 times (from 3 to s 30mg L-1NO3) during the four last decades. Eutrophication of this coastal zone is now a recurrent problem, more and more worrying. This eutrophication exhibits two main forms : " green tides ", which are caused by local proliferations and stranding of green macro-algae (particularly the Ulva species) in nitrogen-enriched areas ; phytoplanktonic blooms, which are responsible for coloured water events, toxic species can be present (Pseudo-Nitzschia, Alexandrium, Dinophysis), and induce banning of shellfish consumption. The objectives of this study are to assess the respective role of various rivers (especially the Loire and the Vilaine) in the eutrophication of the Brittany shelf ecosystem and test the impact of nitrogen enrichment in the triggering of Pseudo-Nitzchia toxicity. For these purposes, a coupled hydrodynamical/ biogeochemical 3D model has been developed and validated against past measured time-series and satellite images. After a brief analysis of primary production over the Brittany shelf under different conditions, we show a description of the real time adaptation of this model. Daily results are currently presented in real time on www.previmer.org web site. The inability of the model to correctly simulate near shore phytoplankton is worsened in this model by the fact that the turbidity field used is a climatological one, made by satellite images averaged on a decadal basis. First, near shore pixels of satellite images are scarcely reliable, secondly a climatological mean cannot represent the sudden bursts or drops of the real turbidity, highly dependent on the actual sea-state : this can explain also why the model at this moment fails to reproduce a sudden bloom occurring in a short period of sunny and calm weather. The simulated Pseudo-Nitzschia biomass and induced risk of toxicity in the water column cannot really be validated offshore, because monitoring measurements are available only near the coast, and deal only with toxicity in benthic filter feeders. To get temporarily rid of that problem, an interesting improvement would be to add to the operational model the bio-accumulation of toxin in the shellfishes : simulated concentrations in shellfish fresh would become directly comparable with usual measurements of the monitoring networks. Our model points out the important impact of Loire river loads on the primary production on the western and southern Brittany. This result is crucial for administrations in charge of reducing the terrestrial loadings responsible for eutrophication, because it can delay reduction programs on small tributaries until the main input from the Loire has been significantly reduced. A question arises, about the reliability of the haline stratification in the model, because the horizontal extent of the Loire plume will be enhanced by a stronger stratification.
L'eutrophisation des milieux marins côtiers, de plus en plus importante, représente un des impacts majeurs des activités humaines sur l'environnement. Les phénomènes d'eutrophisation sont en constante augmentation ; ces dernières décennies ont vu le nombre de sites touchés augmenter de par le monde. La bande côtière bretonne est particulièrement concernée par ce phénomène. L'eutrophisation s'y manifeste de deux façons : "Des phénomènes de marée vertes, très localisées, qui sont provoqués par la croissance excessive et l'échouage de macro-algues du genre Ulva dans ces zones riches en azote ; Des blooms de phytoplancton à l'origine des phénomènes d'eaux colorées, qui peuvent aussi provoquer des interdictions de consommation de coquillages lorsque les espèces mises en jeu sont toxiques (Pseudo-Nitzschia, Alexandrium, Dinophysis). L'objectif de ce travail est multiple : il vise à mettre en évidence et à comprendre l'impact et le rôle des apports en nutriments sur la production primaire et l'eutrophisation des milieux côtiers. Ce travail a aussi pour ambition l'identification et la compréhension des causes des phénomènes d'eutrophisation et permettre ainsi d'apporter des solutions ou des pistes d'amélioration. En n, il a aussi un objectif de prévision à court terme de l'état biologique sur la zone. Pour atteindre ces objectifs, un modèle en temps réel a été mis en oeuvre. Les résultats de simulations numériques et de mesures satellitaires sont présentés sur internet : www.previmer.org. L'outil principal de ce travail est un modèle couplé physique/biogéochimie. La partie hydrodynamique est fournie par le code Mars3D (3D hydrodynamical Model for Application at Regional Scale) développé à IFREMER. Au code hydrodynamique Mars3D est couplé le modèle des cycles de l'azote, du phosphore et du silicium d'IFREMER. Le modèle couplé permet de simuler en 3 dimensions et de manière dynamique les courants, le brassage horizontal et vertical, les champs de température et de salinité, mais aussi les principaux cycles de nutriments, reproduisant ainsi les conditions déterminantes de la production primaire. La croissance des algues est modélisée, et nous permet de voir l'influence des panaches de dilution des principales rivières bretonnes sur leur croissance. Les diffcultés du modèle à correctement simuler les concentrations en phytoplancton près des zones côtières, sont probablement dues à l'utilisation d'une climatologie de concentration en matière en suspension fondée sur des données satellitaires. Tout d'abord, les pixels côtiers des images satellitaires sont entachés d'erreurs, ensuite une climatologie n'est pas capable de représenter les apports soudains des fleuves lors des crues. Cela peut expliquer l'incapacité du modèle a représenter certains blooms liés à des périodes ensoleilées et calmes. A ce modèle de base nous avons ajouté un genre spécifique de phytoplancton : le genre Pseudo-Nitzschia. Certaines espèces de Pseudo-Nitzschia sont réputées toxiques. En effet, ce phytoplancton a la capacité de synthétiser une toxine : l'acide domoïque. Cette toxine est responsable du syndrome ASP (Amnesic Shellfish Poisoning). Le modèle reproduit globalement les mêmes zones de toxicité que les mesures du REPHY, et donne des résultats encourageants. L'étude montre que la Loire influence une large partie de la bande côtière bretonne ; son panache remonte jusqu'au nord de la mer d'Iroise, et contribue pour une grande part à l'enrichissement du sud et de l'ouest de la Bretagne. Le traçage de l'azote en provenance de la Loire au sein des cycles biogéochimiques nous a permis de quantifier cet enrichissement.

Droits : info:eu-repo/semantics/openAccess
http://archimer.ifremer.fr/doc/00015/12603/9481.pdf
http://archimer.ifremer.fr/doc/00015/12603/

Éditeur(s) : HAL CCSD springer
Résumé : International audience
In this paper, we address the problem of flood prediction in complex situations. We present an original solution in order to achieve the main goals of accuracy, flexibility and readability. We propose the SM2D modular data driven approach that provides predictive models for each sub-process of a global hydrological process. We show that this solution improves the predictive accuracy regarding a global approach. The originality of our proposition is threefold: (1) the predictive model is defined as a set of aggregate variables that act as classifiers, (2) an evolutionary technique is implemented to find best juries of such classifiers and (3) the flood process complexity problem is addressed by searching for sub-models on sub-processes identified partly by spatial criteria. The solution has proved to perform well on flash flood phenomena of tropical areas known to be hardly predictable. It was indeed successfully applied on a real caribbean river dataset after both preprocessing and preliminary analysis steps presented in the paper.
Lecture notes in computer science
Singapour, Singapore

hal-00878780
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00878780
DOI : 10.1007/978-3-642-40897-7_13

Éditeur(s) : HAL CCSD Centre National de la Recherche Scientifique
Résumé : Avec l'augmentation récente de la population mondiale et des infrastructures en domaine littoral, les tempêtes et les cyclones sont devenus un des risques majeurs à l'échelle globale. La Méditerranée, et plus particulièrement le Golfe du Lion, ne sont pas épargnés par ces phénomènes. La tempête de 1982 par exemple, de catégorie 2 sur l'échelle de Saffir-Simpson est responsable du décès de quinze personnes et de plus de 400 millions d'euros de pertes économiques. La prévision de ces événements à partir de modèles climatiques est devenue primordiale. Le problème majeur dans cette approche est le manque de recul dans le temps pour calibrer ces modèles. Notre approche a donc été de reconstituer ces tempêtes du passé à partir de l'étude d'archives sédimentaires (paléotempestologie). Les lagunes du littoral languedocien sont les réceptacles de matériels terrigènes provenant des bassins versants en période de crues, mais aussi de sables transportés par la mer en période de tempêtes. L'étude des archives sédimentaires dans l'étang de Pierre Blanche nous a permis d'identifier et de reconstituer l'alternance des événements les plus extrêmes au cours des 2000 dernières années. La fréquence de ces tempêtes semble varier dans le temps et une augmentation significative est constatée durant la fin du Petit Âge Glaciaire.
ISSN: 1142-2904

hal-00486349
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00486349

Résumé : Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire s'inscrivent dans la lignée des approches de modélisation hydrologiques prédictives dirigées par les données. Nous avons particulièrement développé leur application sur le contexte difficile des phénomènes de crue éclairs caractéristiques des bassins versants de la région Caraïbe qui pose un dé fi sé.curi taire. En envisageant le problème de la prévision de crues comme un problème d'optimisation combinatoire difficile nous proposons d'utiliser la notion de métaneuristiques, à travers les algorithmes évolutionnaire notamment pour leur capacité à parcourir efficacement de grands espaces de recherche et fi fournir des solutions de bOlIDe qualité en des temps d'exécution raisonnables. Nous avons présenté l'approche de prédiction AV2D : Aggregate Variable Data Driven dom le concept central est la notion de variable agrégée. L'idée sous-jacente à ce concept est de considérer le pouvoir prédictif de nouvelles variables définies comme le résultat de fonctions tatistiques, dites d'agrégation calculées sur de donnée' correspondant à des périodes de temps précédent uo événem nt à prédire. Ces variable sont caractérisées par des ensembles de paramètres correspondant a leur pJ:opriétés. Nous avons imroduitle variables agrégées hydrométéorologiques permettant de répondre au problème de la classification d événements hydrologiques. La complexité du parcours de l'espace de recherche engendré par les paramètres définissant ces variables a été prise en compte grâce à la njse en oeuvre d'un algorithme évolutionnaire particulier dont les composants ont été spécifiquement définis pour ce problème. Nous avons montré, à travers une étude comparative avec d'autres approches de modélisation dirigées par les données, menée sur deux cas d'études de bassins versant caribéens, que l'approche AV2D est particulièrement bien adaptée à leur contexte. Nous étudions par la suite les bénéfices offerts par les approches de modélisation hydrologiques modulaires dirigées par les données, en définissant un procédé de division en sous-processus prenant en compte les caractéristiques paniculières des bassins versants auxquels nous nous intéressons. Nou avons proposé une extension des travaux précédents à travers la définition d'une approche de modélisation modulaire M2D: Spatial Modular Data Driven, consistant à considérer des sous-processus en divisant l'ensemble des exemples à classifier en sous-ensembles correspondant à des comportements hydrologiques homogènes. Nous avons montré à travers une étude comparative avec d autres approches dU'igées par les données mises en oeuvre sur les mêmes sous-ensembles de données que celte approche permet d améliorer les résultats de prédiction particulièrement à coun Lenne. Nous avons enfin proposé la modélisation d un outil de pi
The work presented in this thesis is in the area of data-driven hydrological modeling approaches. We particularly investigared their application on the difficult problem of flash flood phenomena typically observed in Caribbean watersheds. By considering the problem of flood prediction as a combinatorial optimization problem, we propose to use the notion of Oleraheuristics, through evolutionary algorithms, especially for their capacity ta visit effjciently large search space and to provide good solutions in reasonable execution times. We proposed the hydrological prediction approach AV2D: Aggregate Variable Data Driven which central concept is the notion of aggregate variable. The underlying idea of this [concept is to consider the predictive power of new variables defined as the results of statistical functions, called aggregation functions, computed on data corresponding ta time periods before an event ta predict. These variables are characterized by sets of parameters corresponding ta their specifications. We introduced hydro-meteorological aggregate variables allowing ta address the classification problem of hydrological events. We showed through a comparative study on two typical caribbean watersheds, using several common data driven modelling techniques that the AV2D approach is panicul.rly weil fitted ta the studied context. We also study the benefits offered by modulaI' approaches through the definition of the SM2D: Spatial Modular DataDriven approach, consisting in considering sub-processes partly defined by spatial criteria. We showed that the results obtained by the AV2D on these sub-processes allows to increase the performances particularly for short term prediction. Finally we proposed the modelization of a generic control tool for hydro-meteorological prediction systems, H2FCT: Hydro-meteorological Flood Forecasting Control 1'001

http://www.theses.fr/2013AGUY0673/document