| Titre : |
PARTITIONNEMENT DES FLUX D’EAU DANS LE CONTINUUM SOL-VÉGÉTATION-ATMOSPHÈRE EN MILIEUX SEMI-ARIDES : Apport des modèles mécanistiques et des isotopes stables de la molécule d’eau (δ2H et δ18O) |
| Type de document : |
texte imprimé |
| Auteurs : |
Djim Mouhamadou Lamine Diongue, Auteur |
| Editeur : |
Dakar : Université Cheikh Anta Diop de Dakar : Ecole Doctorale Eau, Qualité et Usages de L’eau |
| Année de publication : |
2023 |
| Importance : |
179 P. |
| Format : |
29 cm |
| Langues : |
Français (fre) |
| Mots-clés : |
hydrogéologie Sol végétation atmosphère semi-aride flux d'eau hydrologie HYDRUS isotope stable métamodèle Sénégal eau écohydrologie Bassin arachidier Ferlo paramétrisation isotope agroforesterie milieu semi-aride modèle mécanistique |
| Résumé : |
L’identification des mécanismes de recharge des eaux souterraines est particulièrement difficile dans les régions
déficitaires (semi-arides) en raison de leur grande variabilité spatio-temporelle. La quantification de l’évapotranspiration
dans ces régions—le partitionnement de l’évaporation du sol et de la transpiration des plantes—est
également un défi. Par conséquent, il existe d’importantes lacunes dans la compréhension des processus hydrologiques
ainsi que pour le partitionnement des flux d’eau dans l’interface sol- végétation-atmosphère (SVA)
en milieu semi-aride. Il est crucial de combler ces lacunes car ces régions sont particulièrement sensibles aux
changements climatiques.
L’objectif principal de cette thèse est de contribuer à la compréhension des processus hydrologiques Ã
l’interface SVA au Sénégal dans le Bassin arachidier (BA) et dans le Ferlo. Trois études expérimentales ont
été réalisées, chacune d’entre elles représentant une question de recherche prépondérante : i) évaluer différentes
approches de paramétrisation des modèles SVA; ii) estimer les flux d’eau dans la zone vadose via des approches
isotopiques ; et iii) évaluer l’impact d’un système agroforestier dans les composantes du bilan hydrique.
Dans pareils environnements où le manque des données est souvent le principal problème, des méthodologies
efficientes et parcimonieuses peuvent être développées sur la base d’expérimentations de terrain et
d’approches par modèles, afin d’étudier les processus fondamentaux du cycle hydrologique dans l’interface SVA.
Plus spécifiquement dans cette étude il est proposé 3 voies de recherches : i) différentes approches de paramétrisation
des propriétés hydrauliques du sol (fonction de pédotransfert, modélisation inverse) sont testées
pour évaluer leurs capacités à simuler la dynamique de l’eau du sol et de la transpiration réelle des cultures
avec HYDRUS-1D ; ii) des approches isotopiques (δ2H et δ18O) basées sur des bilans de masses et des relations
empiriques sont appliquées pour partitionner l’évaporation et la transpiration, et estimer la recharge de
la nappe ; enfin iii) une approche de métamodèle couplée à un algorithme d’inférence bayésienne est développée
pour calibrer le domaine sol-arbre-culture avec HYDRUS-2D, afin d’évaluer l’impact de l’arbre agroforestier
Faidherbia albida sur le bilan hydrique. Ces méthodes de traçage isotopique et de modélisation hydrologique,
si elles sont appliquées de manière conséquente, permettront d’informer les décideurs, d’aider les agriculteurs
locaux et de paramétrer les modèles SVA qui sont nécessaires pour évaluer l’impact des changements globaux
sur les écosystèmes.
Les résultats et les méthodologies développées dans l’étude (i) peuvent être utilisés comme recommandation
pratique pour la paramétrisation des modèles en milieu semi-aride. En situation de lacune de données, les
fonctions de pédotransfert de type "réseau de neurone" comme Rosetta peuvent être utilisées avec uniquement
des données de texture et de densité apparente du sol pour partitionner les flux avec des incertitudes acceptables.
En revanche pour des sites instrumentés avec des dispositifs de surveillance de l’humidité du sol, la modélisation
inverse est la meilleure approche de paramétrisation et permet de mieux quantifier les flux d’eau. En ce qui
concerne l’étude (ii) basée sur une approche isotopique, la composition en isotopes stables de l’eau du sol dans
le Ferlo et le Bassin arachidier a mis en exergue des profils caractéristiques des environnements semi-aride :
1) un horizon superficiel, de composition isotopique variable dans l’espace et dans le temps, caractérisé par
un front d’évaporation distinct ; et 2) une zone plus profonde, de composition isotopique relativement stable.
L’application du bilan de masse isotopique, adoptée pour le partitionnement de l’évapotranspiration du pâturage
(Ferlo) et de l’arachide (BA) donne des résultats raisonnables comparés à la littérature. Cette approche pourrait
être utilisée notamment pour estimer l’efficacité d’utilisation de l’eau verte par les cultures en milieux semi-aride.
Malgré la possibilité de voies préférentielles soutenue par le régime des fluctuations piézométriques observées
dans le BA, l’estimation quantitative de la recharge diffuse est évaluée à < 2% des précipitations annuelles.
Enfin, l’étude (iii) conforte l’utilisation des métamodèles comme un outil efficient pour réduire le temps de
calcul associé à la calibration des modèles mécanistes multidimensionnels (e.g., 2D). Par delà les approches
isotopiques, les résultats des paramètres hydrauliques du sol par le métamodèle ainsi que le partitionnement des
flux via HYDRUS-2D suggèrent un écoulement préférentiel induit par les racines de Faidherbia. L’identification
du régime de circulation de l’eau du sol ainsi que l’estimation des contributions relatives des écoulements par
pistons (étude ii) versus voies préférentielles (études iii) nécessiteraient des études plus détaillées.
Les résultats de cette thèse soulignent l’importance d’aborder les études SVA d’un point de vue pluridisciplinaire,
et peuvent être considérées comme un point de départ pour de futures recherches, visant à une
meilleure compréhension des processus hydrologiques dans le continuum SVA des régions semi-arides. |
| Permalink : |
https://bibliothequefst.ucad.sn/index.php?lvl=notice_display&id=1477 |
PARTITIONNEMENT DES FLUX D’EAU DANS LE CONTINUUM SOL-VÉGÉTATION-ATMOSPHÈRE EN MILIEUX SEMI-ARIDES : Apport des modèles mécanistiques et des isotopes stables de la molécule d’eau (δ2H et δ18O) [texte imprimé] / Djim Mouhamadou Lamine Diongue, Auteur . - Dakar : Université Cheikh Anta Diop de Dakar : Ecole Doctorale Eau, Qualité et Usages de L’eau, 2023 . - 179 P. ; 29 cm. Langues : Français ( fre)
| Mots-clés : |
hydrogéologie Sol végétation atmosphère semi-aride flux d'eau hydrologie HYDRUS isotope stable métamodèle Sénégal eau écohydrologie Bassin arachidier Ferlo paramétrisation isotope agroforesterie milieu semi-aride modèle mécanistique |
| Résumé : |
L’identification des mécanismes de recharge des eaux souterraines est particulièrement difficile dans les régions
déficitaires (semi-arides) en raison de leur grande variabilité spatio-temporelle. La quantification de l’évapotranspiration
dans ces régions—le partitionnement de l’évaporation du sol et de la transpiration des plantes—est
également un défi. Par conséquent, il existe d’importantes lacunes dans la compréhension des processus hydrologiques
ainsi que pour le partitionnement des flux d’eau dans l’interface sol- végétation-atmosphère (SVA)
en milieu semi-aride. Il est crucial de combler ces lacunes car ces régions sont particulièrement sensibles aux
changements climatiques.
L’objectif principal de cette thèse est de contribuer à la compréhension des processus hydrologiques Ã
l’interface SVA au Sénégal dans le Bassin arachidier (BA) et dans le Ferlo. Trois études expérimentales ont
été réalisées, chacune d’entre elles représentant une question de recherche prépondérante : i) évaluer différentes
approches de paramétrisation des modèles SVA; ii) estimer les flux d’eau dans la zone vadose via des approches
isotopiques ; et iii) évaluer l’impact d’un système agroforestier dans les composantes du bilan hydrique.
Dans pareils environnements où le manque des données est souvent le principal problème, des méthodologies
efficientes et parcimonieuses peuvent être développées sur la base d’expérimentations de terrain et
d’approches par modèles, afin d’étudier les processus fondamentaux du cycle hydrologique dans l’interface SVA.
Plus spécifiquement dans cette étude il est proposé 3 voies de recherches : i) différentes approches de paramétrisation
des propriétés hydrauliques du sol (fonction de pédotransfert, modélisation inverse) sont testées
pour évaluer leurs capacités à simuler la dynamique de l’eau du sol et de la transpiration réelle des cultures
avec HYDRUS-1D ; ii) des approches isotopiques (δ2H et δ18O) basées sur des bilans de masses et des relations
empiriques sont appliquées pour partitionner l’évaporation et la transpiration, et estimer la recharge de
la nappe ; enfin iii) une approche de métamodèle couplée à un algorithme d’inférence bayésienne est développée
pour calibrer le domaine sol-arbre-culture avec HYDRUS-2D, afin d’évaluer l’impact de l’arbre agroforestier
Faidherbia albida sur le bilan hydrique. Ces méthodes de traçage isotopique et de modélisation hydrologique,
si elles sont appliquées de manière conséquente, permettront d’informer les décideurs, d’aider les agriculteurs
locaux et de paramétrer les modèles SVA qui sont nécessaires pour évaluer l’impact des changements globaux
sur les écosystèmes.
Les résultats et les méthodologies développées dans l’étude (i) peuvent être utilisés comme recommandation
pratique pour la paramétrisation des modèles en milieu semi-aride. En situation de lacune de données, les
fonctions de pédotransfert de type "réseau de neurone" comme Rosetta peuvent être utilisées avec uniquement
des données de texture et de densité apparente du sol pour partitionner les flux avec des incertitudes acceptables.
En revanche pour des sites instrumentés avec des dispositifs de surveillance de l’humidité du sol, la modélisation
inverse est la meilleure approche de paramétrisation et permet de mieux quantifier les flux d’eau. En ce qui
concerne l’étude (ii) basée sur une approche isotopique, la composition en isotopes stables de l’eau du sol dans
le Ferlo et le Bassin arachidier a mis en exergue des profils caractéristiques des environnements semi-aride :
1) un horizon superficiel, de composition isotopique variable dans l’espace et dans le temps, caractérisé par
un front d’évaporation distinct ; et 2) une zone plus profonde, de composition isotopique relativement stable.
L’application du bilan de masse isotopique, adoptée pour le partitionnement de l’évapotranspiration du pâturage
(Ferlo) et de l’arachide (BA) donne des résultats raisonnables comparés à la littérature. Cette approche pourrait
être utilisée notamment pour estimer l’efficacité d’utilisation de l’eau verte par les cultures en milieux semi-aride.
Malgré la possibilité de voies préférentielles soutenue par le régime des fluctuations piézométriques observées
dans le BA, l’estimation quantitative de la recharge diffuse est évaluée à < 2% des précipitations annuelles.
Enfin, l’étude (iii) conforte l’utilisation des métamodèles comme un outil efficient pour réduire le temps de
calcul associé à la calibration des modèles mécanistes multidimensionnels (e.g., 2D). Par delà les approches
isotopiques, les résultats des paramètres hydrauliques du sol par le métamodèle ainsi que le partitionnement des
flux via HYDRUS-2D suggèrent un écoulement préférentiel induit par les racines de Faidherbia. L’identification
du régime de circulation de l’eau du sol ainsi que l’estimation des contributions relatives des écoulements par
pistons (étude ii) versus voies préférentielles (études iii) nécessiteraient des études plus détaillées.
Les résultats de cette thèse soulignent l’importance d’aborder les études SVA d’un point de vue pluridisciplinaire,
et peuvent être considérées comme un point de départ pour de futures recherches, visant à une
meilleure compréhension des processus hydrologiques dans le continuum SVA des régions semi-arides. |
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