Simulations des flux d’eau et de chaleur au sein de l’hydrosystème Seine

DOI
https://doi.org/10.26047/PIREN.rapp.ann.2022.vol11

Résumé 

Véritable bien commun, l’eau est indispensable à de nombreux usages liés aux activités développées par l’homme : les besoins domestiques (dont l’alimentation en eau potable), les usages agricoles, les usages industriels, les usages énergétiques et les usages liés aux loisirs. L’urbanisation, qui concentre une forte densité de population, ainsi que les activités économiques du bassin de la Seine engendrent une augmentation des besoins
en eau et en énergie. De plus, le changement climatique a une incidence sur la gestion durable des ressources à long terme. La compréhension précise des flux d’eau et d’énergie à l’échelle du bassin devient ainsi une nécessité stratégique afin d’adapter la gestion des ressources.

Dans ce cadre, les équipes du PIREN-Seine ont développé un outil de modélisation intégrée visant à simuler des échanges d’eau et de chaleur entre l’atmosphère et la surface (sol, rivière et lac) et les systèmes aquifères en passant par les interfaces (zone non saturée, interface nappe-rivière et aquitard). Ces développements ont permis le couplage entre ORCHIDEE (développé par l’IPSL) incluant les transferts d’eau et d’énergie depuis l’atmosphère jusqu’à la zone non saturée et CaWaQS (développé par Mines Paris - PSL) simulant l’hydrodynamisme des rivières et du système aquifère. 

Un outil de transport originale basée sur la résolution de l’équation de transport de diffusion/advection a été développée afin de simuler le transfert de chaleur dans les réseaux hydrographiques et les systèmes aquifères en pseudo-3D. Une solution analytique est utilisée pour simuler le transport de chaleur à travers les aquitards et l’interface nappe-rivière. L’outil permet d’établir un premier bilan d’eau et de chaleur de l’hydrosystème de la Seine. Les résultats permettent d’estimer l’évolution de la température dans chaque compartiment de l’hydrosystème et d’évaluer le bilan thermique des  rivières qui repose principalement sur les échanges avec l’atmosphère (109,3 Wm−2), puis les flux d’échange nappe-rivière (48,1 Wm−2) et le ruissellement de surface (22,7 Wm−2).

Points clés

• Bilan d’eau et d’énergie du bassin de la Seine, incluant le système aquifère et le réseau hydrographique ;
• Simulations couplées des flux d’eau et de chaleur à l’échelle du bassin de la Seine ;
• Développement de la plateforme ORCHIDEE-CaWaQS3.X.