Laboratoire d'étude des Transferts en Hydrologie et Environnement

Organigramme du LTHE

webmaster — 2012-05-10T09:14:00Z

Vous pouvez consulter l'organigramme du laboratoire en cliquant sur le fichier .pdf ci-dessous. - Organigramme

Evolution des glaciers du Nord de l'Inde depuis la fin des années 1980 estimée à partir des observations au sol

webmaster — 2012-04-24T12:45:30Z

Récemment, la polémique liée à une erreur dans le dernier rapport du GIEC prévoyant une disparition des glaciers de l'Himalaya dans les toutes prochaines décennies soulignait de façon alarmante le manque de connaissances de la communauté scientifique internationale sur ces glaciers. Pourtant, avec une superficie totale de 33 000 km² ou même 59 000 km² si on ajoute le Karakoram et l'Hindu-Kush (contre 2 500 km² pour les glaciers andins ou alpins), les glaciers himalayens représentent la plus vaste couverture glaciaire au monde après les calottes polaires. C'est aussi la région la plus peuplée puisque plus de 1.4 milliard d'habitants dépendent des eaux de l'Indus, du Gange, du Brahmapoutre, du Yangtze ou du fleuve jaune qui prennent tous leur source dans cette immense chaîne de montagnes. Connaître, mesurer, prévoir l'évolution des glaciers himalayens est donc un enjeu important, aussi bien sur le plan scientifique que sociétal. Aussi, depuis 2002 en Inde et depuis 2007 au Népal, l'équipe CHyC, en partenariat avec des collaborateurs locaux (Jawaharlal Nehru University à New Delhi notamment) réalise le suivi glacio-météorologique de deux glaciers aujourd'hui labélisés dans le cadre du SOERE GLACIOCLIM. Ici, nous présentons l'évolution du volume du glacier indien Chhota Shigri depuis 1988, date à laquelle une équipe indienne a réalisé une série de mesures geodétiques. Ce travail a fait l'objet de deux publications, l'une parue récemment dans le Journal of Glaciology [Azam et al., 2012], et la seconde soumise à Geophysical Research Letters [Vincent et al., 2012].

Le site d'étude :

Le Chhota Shigri est situé dans la région du Lahaul et Spiti, dans le Nord de l'Inde (cf. carte ci-contre, figure 1). C'est un glacier de taille intermédiaire (16 km², 32°N de latitude) influencé alternativement par la mousson indienne en été, et par les dépressions d'ouest en hiver, qui apportent des quantités significatives de précipitations. Ce glacier fait partie du réseau GLACIOCLIM et fait l'objet d'un suivi glaciologique, hydrologique et météorologique depuis 2002.

La méthode d'estimation de la variation de volume :

Durant l'été 1988, une équipe de scientifiques indiens a réalisé une topographie du glacier et relevé 104 points entre le front et 5100 m d'altitude, avec une précision de ±0.10 m en x, y et z. En 2010, nous avons retrouvé les points d'appui situés hors du glacier et utilisés pour la topographie de 1988. Ceci nous a permis de réaliser la transformation pour passer du système de coordonnées de 1988 à celui de 2010 (UTM WGS84). Connaissant alors les coordonnées des 104 points de 1988 dans le système actuel, il a suffit de se replacer sur ces points afin de mesurer la variation d'épaisseur en chaque point pendant ces 22 ans (au GPS différentiel).

La figure 2 est une carte du Chhota Shigri, montrant la variation d'épaisseur mesurée en chaque point. On voit aussi cette variation d'épaisseur en fonction de l'altitude. Par interpolation, nous avons pu obtenir la variation de volume glaciaire entre le front et 5100 m. Au dessus de cette altitude, nous avons considéré soit aucune variation de volume (hypothèse optimiste), soit une variation identique à la partie basse (hypothèse pessimiste), soit une extrapolation linéaire de la variation de volume relevée entre 4700 et 5100 m (hypothèse réaliste). Afin d'exprimer cette variation de volume en quantité d'eau, nous avons considéré que le matériel perdu dans la zone d'ablation (en dessous de 4900 m) était toujours de la glace (densité de 0.9), alors que celui perdu dans la zone d'accumulation était soit de la glace, soit du névé (densité de 0.6).

Les résultats :

Cette variation de volume s'exprime sous forme d'un bilan de masse cumulé, c'est-à-dire une lame d'eau fictive perdue sur l'ensemble de la surface du glacier. Entre 1988 et 2010, il est donc de 3.8±1.5 m d'eau, ce qui représente une perte de volume très modeste comparée aux glaciers alpins ou andins par exemple.

Discussion et conclusion :

En combinant ces résultats avec les mesures annuelles de bilan de masse obtenues avec la méthode glaciologique depuis 2002 et à l'aide d'images satellites entre 1999 et 2004 [Berthier et al., 2007] (Figure 3), on peut constater que le glacier a gagné de la masse dans les années 1990 avant d'amorcer une décrue depuis le début du XXIème siècle.

Azam et al. [2012] avait déjà mis en évidence ce changement de comportement en étudiant les flux de glace à travers 5 sections transversales du glacier. Ce résultat vient tempérer les études précédentes, qui décrivaient une perte de masse plutôt spectaculaire des glaciers himalayens au cours des 4 dernières décennies. En fait, ces études se basaient sur des séries de mesures incomplètes, discontinues (aucunes mesures dans la décennie 1900 !), et souvent entâchées d'erreur. Cette série du Chhota Shigri, la plus longue jamais enregistrée sur un glacier himalayen à partir de données au sol, montre que les glaciers du Nord de l'Inde ne sont pas prêts de disparaître !

Références associées

Azam, F. M., P. Wagnon, A. Ramanathan, C. Vincent, P. Sharma, Y. Arnaud, A. Linda, J. G. Pottakkal, P. Chevallier, V. B. Singh, E. Berthier, From balance to imbalance : a shift in the dynamical behaviour of Chhota Shigri Glacier (Western Himalaya, India), J. Glaciol., 58 (208), 315-324, doi:10.3189/2012JoG11J123.

Berthier E., Arnaud Y., Rajesh K., Sarfaraz A., Wagnon P., & Chevallier P., Remote sensing estimates of glacier mass balances in the Himachal Pradesh (Western Himalaya, India). Remote Sensing Environ., 108(3), 327-338, 2007.

Vincent, C., Al. Ramanathan, P. Wagnon, D.P. Dobhal, A. Linda, E. Berthier, P. Sharma, Y. Arnaud, M. F. Azam, P.G. Jose, Mass gain of glaciers in Northern India during the nineties revealed by in-situ geodetic measurements, Gepohys. Res. Lette., Soumis.

Une Actualité de la revue Nature sur l'étude des glaciers du Karakorum menée au sein de l'équipe CHyC

webmaster — 2012-04-17T14:33:26Z

Les sujets de thèse 2012 du LTHE sont disponibles !

webmaster — 2012-04-16T07:44:02Z

Variabilité spatiale et temporelle des pluies intenses et transferts hydro-sédimentaires associés en région de moyenne montagne méditerranéenne

ASP — 2012-04-10T14:59:33Z

Contact :

Guillaume Nord : guillaume.nord@ujf-grenoble.fr

04 76 51 48 49

Guy Delrieu : guy.delrieu@ujf-grenoble.fr

04 76 82 50 53

Résumé

La gestion des ressources en eau et en sol ainsi que la protection contre les risques hydrométéorologiques constituent des enjeux sociétaux majeurs dans les régions montagneuses, notamment celles de la bordure méditerranéenne en raison du changement climatique avéré et de la pression démographique accrue qui s'y produisent. Des études, couplant les approches disciplinaires de l'hydrométéorologie, de l'hydrologie et des transferts sédimentaires, sont nécessaires pour progresser. Il s'agit d'observer et de comprendre les processus et d'établir des bilans hydrosédimentaires sur une gamme d'échelles spatiales emboitées, depuis les versants où se forment le ruissellement et les pollutions diffuses jusqu'aux bassins versants de taille moyenne (100-1000 km²) où les impacts sociétaux se font réellement sentir (inondations, contamination des eaux de surface et des nappes, remplissage des barrages par des sédiments, altérations des écosystèmes…).

La thèse se focalisera sur les liens entre variabilité spatiale et temporelle des pluies intenses en région montagneuse, genèse des crues et dynamique des matières en suspension (MES) sur un emboîtement de bassins versants ardéchois. Les objectifs sont d'une part de caractériser la variabilité des pluies intenses en milieu montagnard à de très fines échelles spatiales et temporelles (5 min, ≤ 1 km² typiquement) et, d'autre part, d'observer et de modéliser les processus non-linéaires associés aux crues éclairs et aux transferts sédimentaires qui en découlent.

Outre les moyens d'observation de la pluie opérationnels (radars et pluviomètres de Météo France et du Service de Prévision des Crues du Grand Delta), on disposera des mesures d'un radar bande X à diversité de polarisation, dont les caractéristiques sont bien adaptées à la mesure en montagne, ainsi que d'un réseau dense de pluviomètres et disdromètres. L'accent sera mis dans la thèse sur la production de ré-analyses pluviométriques continues temporellement et présentant une très haute résolution pour les épisodes les plus intenses. Ces estimations de pluie seront assorties d'un modèle d'erreur permettant la génération d'un forçage de pluie probabiliste. Les flux d'eau et de MES seront mesurés en continu à l'exutoire des bassins emboités du Gazel (3.4 km2), de la Claduègne (43 km2) et de l'Auzon (116 km2). Parallèlement, le suivi d'un réseau de limnimètres dans le réseau hydrographique intermittent des bassins amont permettra d'analyser l'évolution de la réponse hydrologique pour un échantillon de paysages (lithologie, type de sol, couvert végétal, altitude, usage du sol, etc.). Par ailleurs des techniques d'observation novatrices des débits (par imagerie et radar) seront mises en oeuvre lors des crues et des données LIDAR haute résolution seront disponibles pour caractériser finement le relief et le réseau hydrographique. Une part essentielle du travail de thèse sera consacrée à la mise en oeuvre et au développement du modèle hydro-sédimentaire DHSVM (Distributed Hydrology Soil Vegetation Atmosphere) pour comprendre, à l'aide des observations recueillies, le fonctionnement des bassins versants et tester l'apport d'une connaissance fine de la pluie sur la dynamique des flux d'eau et de MES dans les bassins versants. On travaillera également sur l'adéquation entre résolution spatiale du forçage pluviométrique et résolution spatiale des paramètres des sols et de l'érosion dans le modèle DHSVM dans l'optique d'optimiser le nombre de paramètres nécessaires au modèle et/ou de proposer de nouvelles pistes de paramétrisation de la production du ruissellement et de l'érosion aux échelles fines.

Contexte

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du Chantier Méditerranée MISTRALS (http://www.mistralshome.org/) de l'Institut National des Sciences de l'Univers (INSU) et plus particulièrement du projet international Hydrological Cycle in the Mediterranean Experiment (HyMeX ; http://www.hymex.org) dont les périodes d'observation intensives (EOP pour Enhanced Observation Periods) se déroulent sur la période 2011-2014. HyMeX fournira de nombreuses opportunités de contacts et d'échanges internationaux au cours de la thèse. Des moyens observationnels de recherche sont déployés pendant cette EOP par l'Observatoire Hydrométéorologique Méditerranéen Cévennes-Vivarais (OHM-CV ; http://www.ohmcv.fr) qui développe des stratégies d'observation des pluies intenses et des crues extrêmes en région méditerranéenne depuis 2000. Le volet bassins versants expérimentaux de cet observatoire est rattaché au SOERE Réseau de Bassins Versants (RBV ; http://www.rnbv.ipgp.fr), permettant ainsi des mutualisations de savoir-faire entre observatoires et des études thématiques inter-sites. Une des originalités de la thèse est d'associer des encadrants de 2 équipes du LTHE (RIVER et HMCI) spécialisées respectivement en transferts hydro-sédimentaires et en hydrométéorologie. Le doctorant sera associé aux observations de terrain de l'EOP mais le coeur de son travail sera consacré à l'élaboration des champs de pluie et à la modélisation hydrosédimentaire. La thèse bénéficie d'une allocation de recherche de la région Rhône Alpes de 3 ans débutant en octobre 2012 et sera « environnée » par les ressources contractuelles du projet Floodscale de l'Agence Nationale de la Recherche (ANR). Elle sera effectuée au LTHE au sein de l'Ecole Doctorale Terre-Univers-Environnement de Grenoble.

Profil

Le/la candidat(e) devra disposer d'une solide formation en physique appliquée à l'environnement et avoir notamment suivi des cours d'hydrométéorologie, d'hydrologie et de sciences du sol. De très bonnes compétences en calcul scientifique et méthodes numériques sont requises : FORTRAN et/ou C, R et/ou MATLAB, expérience facultative en Système d'Information Géographique. Les encadrants attacheront par ailleurs une grande importance aux qualités rédactionnelles du (de la) candidat(e). Une bonne maîtrise de l'anglais est importante, ainsi que la capacité d'organisation et de synthèse, l'autonomie et le goût du travail en équipe.

Etude de la granulométrie des gouttes des pluies intenses : variabilités et impacts hydrologiques

ASP — 2012-04-10T14:48:49Z

Contact : Brice Boudevillain

brice.boudevillain@ujf-grenoble.fr

04 56 52 86 53

Description du projet

Les variabilités spatiale et temporelle des précipitations influencent fortement les processus hydrologiques et rend difficile leur quantification. Les distributions en tailles (DSD) et vitesses des hydrométéores sont des éléments clés dans la caractérisation des précipitations car elles interviennent directement dans les définitions de l'intensité pluvieuse, du flux d'énergie cinétique des gouttes, et du facteur de réflectivité radar.

Il est proposé dans cette thèse d'étudier :
1) les variabilités spatiale et temporelle de ces distributions selon les situations météorologiques qui ont favorisé le développement de systèmes précipitants et selon les stades d'évolution de ces systèmes ;
2) les impacts de cette variabilité sur les répartitions spatiale et temporelle des énergies cinétiques au sol et sur la restitution des quantités de pluie par mesure directe (pluviomètre) ou par télédétection radar ;
3) la capacité à déterminer des caractéristiques complémentaires sur les hydrométéores et les systèmes précipitants observés depuis le sol, notamment par la télédétection.

La première partie du travail a pour objectif d'établir une climatologie des caractéristiques granulométriques des pluies à partir des observations disdrométriques. Les différentes bases de données, à haute densité temporelle (pas de temps de la minute), existantes au LTHE seront exploitées : longues séries (plusieurs années) d'Alès (Hazenberg et al., 2011) et de Draix4, données à haute densité spatiale (13 disdromètres pour 30 km²) du réseau HPiconet en Ardèche (depuis 2010, www.ohmcv.fr/hpiconet/). Elles permettront d'appréhender différents types de pluies dans différents contextes méditerranéens. On utilisera en particulier les approches de mise à l'échelle de la granulométrie des gouttes de pluies développées au cours de la thèse de Nan Yu (2008-2011 ; Yu et al., 2012a ; Yu et al. 2012b) ainsi que des méthodes de classification de type de temps reposant sur l'analyse des cartes de géopotentiels en altitude ou de pression au niveau de la mer. Les résultats attendus de cette étape sont des descriptions quantitatives des DSD associées aux types de temps les plus représentatifs de cette région.

La deuxième partie analysera la climatologie réalisée. Pour chaque type de temps ou stade d'évolution des systèmes précipitants, on étudiera la variabilité spatiale et temporelle des DSD et les impacts de cette variabilité sur la répartition dans l'espace et le temps des énergies cinétiques au sol (liens avec les processus d'érosion par détachement) ainsi que sur l'incertitude des quantités de pluie mesurées par les réseaux de pluviomètres et les réseaux d'observations radar (liens avec
l'estimation de la lame d'eau au sol). On fera appel à des outils de la géostatistique pour mener à bien ces études. Les résultats attendus sont l'identification de grandeurs moyennes et de répartitions spatiales et temporelles « typiques » des paramètres des DSD pour chaque types de temps et stades d'évolution des systèmes précipitants ainsi que la spécification de relations entre réflectivité radar, l'intensité de pluie et flux d'énergie cinétique au sol.

Dans une troisième partie de la thèse, nous chercherons à mieux exploiter l'information radar opérationnelle (réseau ARAMIS1 et/ou RHYTMME2) et de recherche (observatoires OHM-CV3 et Draix/Bléone4, projet HyMeX5) disponible pour identifier les classes de pluie (type de système précipitant, stade d'évolution du système) et restituer de nouvelles caractéristiques physiques hydrométéores et des systèmes précipitants : type de distribution en phase liquide, densité moyenne des hydrométéores en phase glace, phase et type d'hydrométéore, niveau de l'isotherme 0°C, épaisseur de la couche de fusion, extension verticale du nuage précipitant… Ce travail exploitera la méthode d'identification des profils verticaux de réflectivité à base physique développée dans la thèse de Pierre-Emmanuel Kirstetter (2005-2008 ; Kirstetter et al., 2012) qui pourrait permettre de restituer les paramètres cités précédemment (phase, densité des hydrométéores, isotherme 0°C ; etc). Un modèle météorologique et les réseaux de mesure de la granulométrie au sol seront utilisés pour évaluer la qualité des valeurs des variables restituées.

Les résultats attendus sont une meilleure exploitation des outils de télédétection pour décrire l'état de l'atmosphère et des systèmes précipitants afin de 1) améliorer les estimations des lames d'eau et flux d'énergie cinétique au sol et 2) apporter des informations complémentaires (isotherme 0°C, DSD, étendue nuageuse) aux systèmes d'assimilation de données des modèles de prévision météorologiques. La thèse se déroulera pendant l'expérience HyMeX5 avec notamment des périodes d'observations intensives durant les automnes 2012 et 2013 dans les Cévennes). Le doctorant bénéficiera dans ce cadre des données du réseau Hpiconet (mis en service partiellement depuis l'automne 2010), de l'ORE Draix ainsi que des données des radars de recherche déployés au cours de l'expérience. Il
participera aux campagnes de mesure.

Références

Pieter Hazenberg, Nan Yu, Brice Boudevillain, Guy Delrieu, and Remko Uijlenhoet : Scaling of raindrop size distributions and classification of radar reflectivity–rain rate relations in intense Mediterranean precipitation. Jounal of Hydrology, 402, pp 179-192, 2011

Pierre-Emmanuel Kirstetter, Hervé Andrieu, Brice Boudevillain, and Guy Delrieu : Toward a physically based identification of Vertical Profiles of Reflectivity from Volume Scan Radar Data. Journal of Applied Meteorology and Climatology, in revision, 2012.

Nan Yu, Guy Delrieu, Brice Boudevillain, Pieter Hazenberg, and Remko Uijlenhoet : Unified formulation of single and multi-moment normalizations of the raindrop size distribution based on the gamma probability density function. Journal of Applied Meteorology and Climatology, in revision, 2012a.

Nan Yu, Brice Boudevillain, Guy Delrieu, and Remko Uijlenhoet : Estimation of rain kinetic energy from radar reflectivity factor and/or rain rate based on a scaling formulation of the rain drop size distribution. Water Resources Research, accepted, 2012b.

Collaborations internationales

Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Suisse ; Université de Wageningen (NL)

Profil du candidat recherché

Ce sujet de thèse requiert des compétences en météorologie physique, télédétection, statistiques, ainsi qu'un goût prononcé pour le calcul scientifique et les approches expérimentales.

Processus atmosphériques associés aux précipitations extrêmes en région méditerranéenne

ASP — 2012-04-05T07:49:24Z

Contact : Sandrine Anquetin

sandrine.anquetin@ujf-grenoble.fr

04 76 82 51 08

Ce projet de thèse s'inscrit dans le cadre très général de l'évaluation du risque hydrométéorologique dans un contexte de réchauffement global. Christensen et al. (2007) montrent l'augmentation probable du
nombre d'événements de précipitation extrême dans la région Méditerranéenne d'ici 2100. Anticiper les impacts de telles situations aux échelles régionales impose de mieux comprendre le climat régional et, en particulier, nécessite de préciser le rôle du relief sur le régime pluviométrique dans la région Méditerranéenne.

La zone d'étude est la région Cévennes-Vivarais où l'occurrence des précipitations extrêmes est la plus marquée en France conduisant à un risque important de crues rapides. Dans ce contexte, le principal objectif de ce travail est d'identifier la signature du relief et des processus atmosphériques qui expliquent la variabilité spatiale et temporelle des précipitations, et leur localisation au regard des principaux bassins versants de la région d'intérêt. Il s'agira de comprendre la contribution des facteurs météorologiques sur l'extension verticale des systèmes convectifs associés aux précipitations intenses. En effet, Molinié et al. (2011) montrent que suivant le temps
de cumul étudié (horaire ou journalier), les précipitations intenses sont associées à des systèmes convectifs dont l'extension verticale peut être très différente. Au pas de temps journalier, les précipitations intenses sont associées à des systèmes convectifs peu développés (i.e. extension verticale de l'ordre de 3 à 4 km), on parle alors de “pluie orographique”. Ces systèmes sont stationnaires sur plusieurs dizaines d'heures, les intensités pluviométriques sont faibles (i.e. 10 à 15 mm/h) et l'intermittence est très faible. Lorsque l'on étudie les précipitations intenses sur des pas de temps plus courts (i.e. 1h), ces précipitations sont associées à des systèmes pleinement développés (i.e. 10km), les intensités horaires sont très fortes et l'intermittence plus marquée. Par ailleurs, la signature du relief est beaucoup plus marquée dans l'organisation et la localisation des précipitations orographiques qui s'organisent principalement sur le relief et ses premiers contreforts.
Cette thèse s'attachera plus particulièrement à comprendre les processus de transition entre la convection pleinement développée et peu développée.

Les moyens mis en oeuvre seront basés sur la modélisation numérique haute résolution avec le modèle WRF (www.wrf-model.org). A partir de simulations contrôlées et des études de cas de situations de précipitation intenses observés pendant la campagne HyMeX, on s'attachera à analyser en détail les processus atmosphériques qui influence la nature des précipitations (orographique versus convective). Ce travail bénéficiera du réseau d'observation du SO-OHMCV1 qui sera renforcé lors de la campagne internationale HyMeX prévue à l'automne 2012 (vols avion, réseau radar densifié). Ces observations seront mises à disposition pour la démarche d'évaluation des simulations et pour les études des processus.

Ce travail bénéficie d'un projet de collaboration Franco-Canadien en cours d'évaluation pour financement. Il est envisagé de mettre en place un projet de thèse en co-tutelle avec l'Université de McGill. Si ce projet aboutit, cette thèse serait co-encadrée par Dan Kirshbaum, Professeur Assistant à l'Université de McGill.

Urgent : recrutement d'un ingénieur en informatique

webmaster — 2012-04-03T09:02:20Z

Lu. 16 avr. à 14h - Séminaire de Maxime Litt – Salle de réunion OSUG B 1er étage

Molinie — 2012-04-02T14:15:41Z

Qu'attendre de l'estimation des flux turbulents par la méthode des profils aérodynamiques en terrain accidenté et nivo-glaciaire ? - Séminaires 2012

Thomas MORLOT

ASP — 2012-04-02T08:47:24Z

La gestion dynamique de la relation hauteur-débit des stations hydrométriques et le calcul des incertitudes associées : un indice de qualité et de suivi

Dynamic rating curve assessment in hydrometric stations and calculation of the associated uncertainies : quality and monitoring indicators

Whether we talk about safety reasons, energy production or regulation, water resources management is one of EDF's main concerns. To meet these needs, EDF-DTG operates a hydrometric network that includes more than 350 gauging stations. The data collected allows real time monitoring of rivers, as well as hydrological studies and sizing of structures. Ensuring the quality of the stream flow data is a priority.

A rating curve is an indirect method of estimating the discharge in rivers based on water level measurements. The value of the discharge obtained is not entirely accurate due to the constant changes of the measuring section, to the gauging precision and to the quality of the tracing. As time goes on, the uncertainty of the estimated discharge from a rating curve « gets older » and increases : therefore the level of uncertainty remains particularly difficult to assess.

Moreover, the current capacity to produce a rating curve is not suited to changes of the stage-discharge relationship : it does not take into consideration the variation of the flow conditions and the modifications of the measuring sections which occur due to natural processes such as erosion and sedimentation.

Therefore, in order to get the most accurate data flow possible and to improve the reliability of the data flow in particular when it comes to surveillance, this study will undertake an original « dynamic » method to draw the rating curves based on historical facts from a gauging station. A new curve will be traced at each new gauging and will be given a level of uncertainty taking into account the inaccuracies in the measurement of the height, the sensitivity of the station, the quality of tracing and a variographic analysis allowing for the evolution of the reliable range. These rating curves will enable us to give a value of stream flow at each time step taking into account the variability of flow conditions, the life of the station, while providing a model of uncertainties.