Apport des données spatiales et in situ pour contraindre la modélisation des processus hydriques de surface dans le modèle ORCHIDEE

Titre : Evaluation de l’impact des propriétés du sol sur l’hydrologie simulée dans le modèle ORCHIDEE

Résumé : Les sols jouent un rôle important dans le fonctionnement des processus hydrologiques à la surface de la Terre. La dynamique de l’eau dans le sol, l’évaporation ainsi que la transpiration des plantes sont tous des processus fortement contrôlés par les propriétés hydrauliques des sols. Ces dernières sont donc essentielles dans l’estimation des flux hydrologiques de surface. L’objectif de cette thèse est d’améliorer la représentation des propriétés hydrologiques des sols dans le modèle ORCHIDEE (ORganizing Carbon and Hydrology in Dynamic EcosystEms), qui décrit les surfaces continentales dans le modèle de climat de l’IPSL (Institut Pierre Simon Laplace), et qui fait donc partie des modèles de surface continentales (land surface models, ou LSMs). Les propriétés du sol sont déterminées par la granulométrie de la terre fine, dite texture, et par sa structure, qui caractérise l’assemblage de ses constituants et des pores.  Mais dans ORCHIDEE comme dans beaucoup des LSMs, la représentation des sols est simplifiée : les propriétés du sol sont déduites à partir d’une carte de texture par des fonctions de pedo-transfert.
La première partie de cette thèse présente l’effet de différentes cartes de textures sur les flux hydrologiques simulés, à différentes échelles, pour évaluer la réponse du modèle aux différentes textures. Cette partie démontre que, si l’influence de la texture sur les flux simulés est bien rendue par le modèle, le choix de la carte de texture joue peu sur les bilans d’eau simulés à grande échelle (Tafasca et al., 2000, HESS).
Du fait de son rôle avéré dans le fonctionnement hydrologique des sols, l’influence de la structure sur les processus hydrologiques est explorée en deuxième partie. La variabilité de la structure au sein d’une même texture de sol amène à des comportements hydrologiques différents. C’est particulièrement le cas des argiles, qui sont habituellement regroupées dans une même classe texturale, malgré une structure et des comportements hydrologiques contrastés entre les argiles gonflantes (Vertisols des zones tempérées) et non gonflantes (Oxisols des zones tropicales). Cette thèse propose ainsi une cartographie et des fonctions de pédo-transfert enrichies pour distinguer ces deux types d’argiles. Par ailleurs, un contrôle majeur de la structure est la teneur en matière organique du sol, qui influence fortement la porosité et l’ensemble des propriétés hydrauliques du sol. Plusieurs approches plus globales ont été testées pour tenir compte de cette influence dans le modèle ORCHIDEE. Une conclusion majeure de cette thèse est que la prise en compte de la structure permet une représentation plus réaliste des sols ainsi qu’une amélioration de l’évapotranspiration simulée dans le modèle ORCHIDEE. 
Mots clefs : modélisation des surfaces continentales, modèle ORCHIDEE, hydrologie du sol, propriétés du sol, texture du sol, structure du sol