SIMFEN

Service Interopérable de Modélisation des Flux d’Eau Non-influencés

Projets | Recherche action | Publié le 18 janv. 2021
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Le projet SIMFEN, porté par l’Institut Agro-Agrocampus Ouest, vise à simuler un débit d’eau en tout point du réseau des cours d’eau bretons et à fournir cette donnée modélisée via une plateforme web accessible à tous. Le Creseb a suivi le projet dans sa phase de mise au point et de test. Il contribue à la diffusion et l’appropriation de cet outil auprès des différents acteurs de la gestion de l’eau et du monde de la recherche.

Début de projet : 2018
Durée : 3 ans
Porteurs : L’institut Agro – Agrocampus Ouest, INRAE (UMR SAS)
Partenaires financiers : Conseil région de Bretagne, Agence de l’eau Lorie-Bretagne (Appel à projet Ami Eau)
Type de projet : Recherche / production d’un outil opérationnel

Table of Contents

  1. Un service pour répondre à différents besoins opérationnels
  2. Les fondements scientifiques et techniques
    1. Principes du modèle hydrologique employé
    2. Principes du Service web interopérable
  3. Un outil accessible en ligne sur internet
  4. Ressources complémentaires

En Bretagne, le suivi du débit des cours d’eau est assuré par les services de l’Etat (DREAL) via un réseau de 123 stations hydrométriques (dites aussi “de jaugeage”). Si les données collectées sont nombreuses et de bonne qualité, l’information n’est pas disponible sur la totalité des cours d’eau ni en tout point d’intérêt.

L’objectif du projet SIMFEN est de développer un Service Web permettant le calcul des flux d’eau (débit) en tout point du réseau hydrographique sur l’ensemble de la Bretagne.

Un service pour répondre à différents besoins opérationnels

SIMFEN est un Service Interopérable de Modélisation des Flux d’Eau ‘Naturels’ dans les bassins versants de Bretagne. Il permet de simuler des débits d’eau journaliers (voire horaires) depuis une cinquantaine d’années en tout point d’intérêt du réseau hydrographique breton, à partir des débits mesurés sur le territoire, sans prise en compte particulière des influences anthropiques (prélèvement, rejets, ouvrages…).

Il a été proposé pour répondre à la demande de techniciens (animateurs de bassin versant et SAGE, gestionnaires, collectivités, instances publiques) de suivre des points d’intérêt où aucune mesure de débit n’est disponible : lieu de prise d’eau, ouvrage hydraulique, plan d’eau, zone vulnérable, site d’observation d’autres variables (flux d’azote, phosphore, etc.), confluence, embouchure. 

Il est accessible par le biais d’un portail cartographique web ouvert au public et est donc utilisable par tous, notamment par les différents acteurs de l’eau (animateurs de BV et SAGE, gestionnaires, collectivités, instances publiques, etc.) qui ont besoin de ce type de données sur leur territoire pour calculer des flux d’eau (débits) ou des flux hydrochimiques (nutriments, pesticides,.etc.), à différentes fins (suivi qualité eau, gestion quantitative, diagnostic HMUC, restauration des milieux aquatiques, etc.).

Les fondements scientifiques et techniques

Ce projet implique des chercheurs aux compétences croisées en modélisation hydrologique et hydro-informatique. Le service SIMFEN valorise les résultats de leurs recherches et développements scientifiques et rend accessible des outils complexes à tous.

Principes du modèle hydrologique employé

En transposant les données des stations hydrométriques existantes (Banque Hydro) grâce à une modélisation à base géomorphologique (travaux de recherche développés à l’UMR SAS), l’outil permet d’avoir des chroniques de débit en tout site d’intérêt pour l’utilisateur, mais non jaugé actuellement.

La modélisation à base géomorphologique s’appuie sur la description mathématique du versant et de son réseau hydrographique, et d’une variable intermédiaire, appelée “pluie nette” (Rn, pour « net rainfall »). On en déduit une fonction de transfert (TF) qui décrit les dynamiques de l’eau à travers le réseau hydrographique (la convolution). L’inversion de cette fonction de transfert permet de déconvoluer les flux hydrologiques observés à un exutoire jaugé (Qobs) et permet d’estimer la pluie nette non mesurable dans la nature d’un bassin versant jaugé.

La pluie nette est ensuite transposée d’un ou plusieurs “bassins versants sources” d’information (5 au maximum dans SIMFEN) vers un “bassin versant cible”, sur la base de la similarité si possible dans une configuration d’emboîtement ou de voisinage, afin de simuler la chronique de débit à l’exutoire cible (Qsim) par reconvolution avec la fonction de transfert propre à ce bassin versant cible. Cette approche permet de ne pas avoir à considérer en détail les processus hétérogènes et fortement non-linéaires internes aux versants, qui déterminent la genèse des écoulements et donc de la pluie nette à partir de la pluie brute.

Ces principes sont détaillés dans la documentation en ligne, associée à l’outil SIMFEN.

Principes du Service web interopérable

SIMFEN est accessible par le biais d’un portail cartographique mais il peut être réutilisé dans différents contextes par d’autres outils numériques ou modèles car ce service de modélisation hydrologique a été déployé de façon interopérable. En effet, il repose sur les standards de l’Open Geospatial Consortium (OGC®) et plus précisément, sur le standard Web Processing Service (WPS) qui le rendent accessible à partir de logiciels, scripts, navigateurs web permettant à tout informaticien, géomaticien ou webmaster d’employer ce service à leur façon.

Un outil accessible en ligne sur internet

En cours de développement du projet (2019), le Creseb et l’équipe en charge du projet ont présenté le principe et le prototype (version V1) à un groupe d’utilisateurs potentiels (techniciens de bassins versants, animateurs de SAGE, hydrologues, géomaticiens, enseignants-chercheurs, …)  afin de le tester-évaluer tant sur le plan technique qu’ergonomique et de voir si les fonctionnalités développées répondaient à leurs besoins.

Ce portail cartographique mis en ligne sous sa version V1 en 2019 a été amélioré en 2020 et de nouvelles fonctions ont été développées. Elles permettent d’effectuer une simulation de débit en indiquant au minimum la période de simulation souhaitée, l’endroit où simuler le débit et le pas de temps des données simulées souhaitées (horaire ou journalier). Des options avancées sont disponibles, par exemple pour sélectionner manuellement les stations sources à employer pour simuler les débits ; sinon, cinq stations jaugées “sources’ sont déterminées automatiquement. De là, une requête avec les informations indiquées par l’utilisateur est envoyée au service WPS qui va exécuter la fonction souhaitée, puis retourner le résultat à l’utilisateur qui peut le visualiser directement en ligne et le télécharger.

La nouvelle version V2 a été mise en ligne en janvier 2021 où un mode d’emploi et un tutoriel sont disponibles.

Portail cartographique du projet SIMFEN

Ressources complémentaires

Geosas – Portail de l’information géographique de l’UMR SAS (l’Institut Agro – INRAE ) – Lien URL
Débit Minimum Biologique et Gestion quantitative de la ressource en eau | Guide méthodologique
Modélisation hydrologique à base géomorphologique de bassins versants non jaugés