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Plateforme de modélisation hydrogéologique nationale AQUI-FR

Le projet Aqui-FR vise à permettre un suivi et une prévision de la ressource en eau souterraine en France ainsi qu’à faciliter les études d’impact du changement climatique. Pour cela, Aqui-FR se base sur les applications hydrogéologiques existantes.

Mis à jour 11/03/2019

 Principe du projet Aqui-FR Logos des particpants ?Aqui-FR

Actualités

Récemment

Journée thématique Services Climatiques et Ressource en Eau Le 14 Janvier 2019, Paris. Une journée dédiée aux prévisions saisonnières de la ressource en eau en France ainsi qu'aux projections climatiques de la ressource en eau en France avec un focus sur les eaux souterraines.

un court rapport d'étape en Juillet 2018 (16 pages)

Une présentation de Quentin Courtois sur le développement d'une modélisation sur les aquifères de socle, lors de la conférence internationale CMWR2018 en Juin 2018 (en anglais).

Une présentation de Nicolas Roux sur l'outil Aqui-FR et son utilisation pour le suivi en temps réel et pour les prévisions saisonnières, lors de la conférence internationale CMWR2018 en Juin 2018 (en anglais).

Une présentation sur l'évaluation d'Aqui-FR par Jean-Pierre Vergnes lors de la conférence internationale CMWR2018 en Juin 2018 (en anlais).

Une présentation sur Aqui-FR lors d'une courte présentation à METIS en Mai 2018

Une présentation sur Aqui-FR lors d'un séminaire au LHYGES à Strasbourg en Janvier 2018

Un rapport d'avancement sur la modélisation des aquifères de socle par Quentin Courtois et al. Décembre 2017

Une présentation lors de la rencontre Gestionnaires-Chercheurs à l'AFB mi Novembre 2017

Le rapport de fin de 1ere phase de Mai 2017

2ndsemestre 2016

Une présentation et un poster sur Aqui-FR ont été présentés à la conférence IAH à Montpellier en septembre 2016

Une présentation a été faite à la conférence IGEM à Paris en octobre 2016

En octobre, début de la thèse de Quentin Courtois à Rennes sur les «Ressources en eau et transferts de solutés dans les zones altérées superficielles des régions de socle »

1ersemestre 2016

Stages M1 :

Stage de fin d’étude :

1ersemestre 2015

Stage M2 :

1er semestre 2014 :

Stage M2 :

Stage M1 :

Présentation générale

Contexte et enjeu

Le projet de modélisation hydrogéologique nationale est en gestation depuis longtemps entre les différents partenaires (BRGM, CERFACS, CNRS, Météo-France, MINES ParisTech), qui ont donc une vision assez claire des méthodes et des objectifs scientifiques. Le principe est de capitaliser les efforts de modélisations hydrogéologiques régionales déjà réalisées sur les bassins versants français dans une structure pérenne. Ces modélisations hydrogéologiques sont à ce jour constituées de modélisations régionales de bassins sédimentaires caractérisées par la simulation explicite d’aquifères pouvant être multicouches et la représentation des échanges nappe-rivière (modèles HPP-INV du LHYGES, MARTHE du BRGM, MODCOU de MINES ParisTech), ou des modèles conceptuels représentant les aquifères karstiques (modèles GARDENIA donnant des informations sur les stocks en eau souterraine et leur interaction avec les eaux de surface. Un effort particulier sera mené sur les aquifères de socle pour lesquels Géosciences Rennes a déjà développé des modélisations simplifiées qui doivent être généralisées et étendues à l’échelle régionale.

Extension spatiale du projet Aqui-FR
Extension des aquifères qui pourront être intégrés dans la plateforme de modélisation hydrogéologique nationale

La capitalisation de ces applications dans un modèle hydrogéologique national sera réalisée via l’utilisation du coupleur OpenPalm du CERFACS, avec lequel Météo-France, MINES ParisTech et l’UMR Sisyphe/Métis ont déjà acquis de l’expérience, notamment à travers le projet de modélisation Eau-dyssée. Ce couplage permettra également l’estimation des bilans hydriques par des modèles externes tels que le schéma de surface SURFEX de Météo-France.

Le déploiement de la plateforme de modélisation hydrologique nationale permettra son exploitation pour le suivi en temps réel et la prévision à quelques jours jusqu’à l’échelle saisonnière des niveaux des aquifères et des cours d’eau associés. Elle pourra être mobilisée pour mener des études d’impact de changement climatique sur la ressource en eau.

La diffusion de ces résultats nécessitera un déploiement dans le Système d’Information sur l’Eau, qui pourra s’appuyer sur des structures existantes (BSH, ADES, …), mais qui devra être adapté aux résultats 4D que peuvent fournir ces modèles.

Le projet présenté ici vise donc tout d’abord, au développement de cette modélisation hydrogéologique nationale, à sa mise en place effective dans une structure lui permettant d’être exploitée opérationnellement, ainsi qu’à la réalisation d’une simulation rétrospective longue durée.

Le projet n’inclut donc pas l’exploitation complète de ce modèle, qui n’a, à ce jour pas vraiment d’équivalent. C’est pourquoi le potentiel d’exploitation de cet outil est détaillé ci-dessous.

Exploitation du modèle

Cette modélisation hydrogéologique nationale a pour objectif de fournir des informations fines à l’échelle nationale, notamment compatibles avec les masses d’eau de la DCE, mais n’a pas pour objectif de remplacer les applications détaillées à l’échelle régionale. Un des principaux intérêts du modèle est d’améliorer (voire de permettre) la diffusion opérationnelle d’informations sur les aquifères et leurs relations avec la surface. Les résultats pertinents sont: les niveaux piézométriques, les flux échangés entre les couches aquifères ainsi qu’entre les nappes, et les rivières. Quatre types d’applications sont actuellement envisagés :

La gestion des résultats de es modélisations nécessitera le déploiement de SIE adéquates permettant la diffusion aisée des synthèses et indicateurs, ainsi que l’accès à des utilisateurs recherchant des informations plus détaillées (cartes piézométriques, évolution à différents points…), aux gestionnaires et autres utilisateurs.

La réalisation d’études visant à tester des scénarios d’aménagement régionaux n’est pas dans les attributions de ce modèle, qui reste à visée nationale.

Droits et Utilisateurs cibles

Le modèle national étnt principalement construit sur des applications hydrogéologiques existantes, chacun des partenaires devra s’assurer que ces applications sont libres de droit, et qu’ainsi, les résultats du modèle seront accessibles aux acteurs publics. Des conventions permettront de clarifier ces points.
Les utilisateurs cibles sont l’ONEMA, les Agences de l’Eau, les DREAL, le ministère, ainsi que les SPCs et le Schapi.

Evolution et Gestion du modèle

Ce projet ayant pour objectif de développer un outil « durable », il faut dès àprésent prévoir la gestion à long terme du modèle qui devra forcément évoluer et progresser. À titre d’exemple, la gestion du modèle SIM, dont la structure informatique est plus simple et qui est utilisé en opérationnel depuis 10 ans, implique 2 ingénieurs àtemps plein pour la gestion du code sur les systèmes opérationnels (uniquement partie Safran et Isba), l’archivage des sorties, les développements (transfert R&D) et les évolutions d’environnement informatique. La future couche de modélisation hydrogéologique nationale pourra s’intégrer dans la maintenance du système SIM, mais son évolution et son exploitation devront être gérées par les hydrogéologues.

En termes d’évolution, ce projet offre plusieurs perspectives en termes :

Gestion du projet

La gestion du projet nécessitera la mise en place de comités de pilotage et d’utilisateurs, qui aideront notamment à la définition des prérequis pour la gestion des résultats dans un/des SIE adapté(s). Le développement de ce(s) SIE devra être mené en parallèle à ce projet.

Etat d’avancement, Réalisations

Extension couverte par Aqui-FR

Développement de la plateforme de modélisation

Quelques résultats préliminaires


Extension couverte par Aqui-FR

En Juillet 2016, Aqui-FR comprenait 8applications MODCOU/Eau-dyssée, 5 applications Marthe et 6 applications karsts GARDENIA, toutes capables de réaliser des simulations synchrones à partir des flux issus du schéma de surface Surfex

 Extension du projet Aqui-FR en Juillet 2016
Extension des couches hydrogéologiqes aquifères intégrées dans Aqui-Fr en Juillet 2016.

Liste des applications hydrogéologiques distribuées incluses :

Nom

Nombre de couches

Nombre de mailles souterraines

Modèle

Références

Basse Normandie

4

37 667

Eau-dyssée

Thierion 2007

Basse Normandie

10

93 800

Marthe

Croiset et al., 2013

Loire

3

37 620

Eau-dyssée

Monteil, 2011

Marne Loing

4

66 235

Eau-dyssée

Viennot, Abasq 2013

Marne-Oise

2

45 904

Eau-dyssée

Viennot, Abasq 2013

Nord Pas de Calais

10

917 126

Marthe

Buscarlet et al., 2011

Poitou Charente

8

90 084

Marthe

Douez et al., 2010

Plaine Sud d’Alsace

3

40 947

Marthe

Noyer et Elsass 2006

Seine

6

41 609

Eau-dyssée

Viennot 2009

Seine –Eure

1

57 306

Eau-dyssée

Viennot, Abasq 2013

Seine-Oise

4

87 178

Eau-dyssée

Viennot, Abasq 2013

Somme

1

66924

Marthe

Amraoui et al., 2004

Somme

1

63 226

Eau-dyssée

Korkmaz, 2007


Liste des applications karstiques incluses, et simulées avec le modèle GARDENIA adapté au Karst (cf D. Thièry, BRGM): Fontaine du Vaucluse, la Loue, le Lison, les Gillardes, les sources du Doubs, les Cents Fonts


Développement de la plateforme de modélisation

La plateforme de modélisation est construite sur le coupleur openPALM du Cerfacs qui permet de connecter plusieurs codes de calcul de façon synchrone ou asynchrone et de gérer la simulation en parallèle de plusieurs instances de ces codes.

Ainsi, OpenPALM nous permet de gérer les différentes applications hydrogéologiques des 3 modèles (codes de calcul) intégrés à ce jour ( ardenia en vert, Marthe en bleu et Eau-dyssée en marron). Ces applications tournent en parallèle sur des microprocesseurs différents afin de ne pas pénaliser le temps calcul. Toutes les applications sont connectées à un module de bilan hydrique en surface (en gris) qui transmet les flux d’eau simulés par Surfex et le forçage atmosphérique Safran.

Les applications transmettent leurs résultats à une unité de synchronisation (en vert foncé), ce qui permettra à termes de gérer des rétroactions entre la nappe et l’humidité des sols.

 Application Aqui-FR sous OpenPALM

Plusieurs adaptations des codes sources ont été nécessaires pour que la plateforme Aqui-FR soit fonctionnelle et puisse tourner sur l’ensemble des machines de calcul notamment, les super calculateurs de Météo-France. Ainsi, il a fallu ajouter des instructions pour échanger entre modules et modèles, adapter la gestion des durées et dates de débuts des simulations, la gestion des conditions initiales et imposées sur la durée correspondante. D’autres évolutions sont prévues notamment pour faciliter la gestion des entrées-sorties, ou pour gagner en temps calcul.


Quelques résultats préliminaires

La phase d’évaluation des résultats a commencé mi-2016. On présente ci-dessous quelques résultats très préliminaires

Carte de la charge piézométrique au 22 janvier 2001 sur les couches affleurantes des applications Aqui-FR, avec l’emplacement des piézomètres disponibles sur les bassins de la Seine et de la Somme

 Charge piezometrique

Carte de l’évolution de la charge piézométrique des couches affleurantes par rapport à la moyenne annuelle en période de hautes eaux.

 Charge piezometrique

Comparaison à des chroniques piézométriques observées : à gauche, issue de l’application Marne Loing, à droite, issue de l’application Somme Marthe, avec en noir les observations, en bleu, le modèle au moment où les observations sont disponible.

 Comparaison de charges piezometriques simulees et observees

Animation présentant l’évolution de la charge piézométrique de la nappe de craie de la Seine par rapport à sa moyenne pluriannuelle entre 1999 et 2003 (à noter que la nappe de craie est captive en partie) :

 Animation presentant l'evolution temporelle des stocks en eau souterrain sur le bassin de la Seine

Documents

Rapport et article (en français)

2018 :

Evolution de la ressource en eau souterraine passée, présente et future estimée par Aqui-FR. (2018) t rapport d'étape 2018 (16 pages)

2017 :

Plateforme de modélisation hydrogéologique nationale Aqui-FR. (2017) Habets F., Amraoui N. Caballero Y., Thiéry D., Vergnes J.P., T. Morel, P. Le Moigne, N. Roux J-R de Dreuzy, L. Longuevergne, Ackerer P., Fadji Maina, B., Besson, P., Etcherces F. Regimbeau, et P. Viennot rapport de fin de 1ere phase, Mai 2017, 104p

2015 :

Aqui-FR, un système multi-modèle hydrogéologique à l'échelle nationale. (2015) Habets, F., Ackerer, P., Amraoui, N., Augeard, B., Besson, F., Caballero, Y., J-R de Dreuzy, P. Le Moigne, L. Longuevergne, E. Martin, T. Morel, F. Regimbeau, M. Rousseau, P. Rousseau-Gueutin, D. Thiéry, J.-M. Soubeyroux, J.-P. Vergnes et P. Viennot Géologues, (187), 105-109 (lien)

Aqui-FR, un système multi-modèle hydrogéologique à l’échelle nationale, Rapport de fin de première année, (2015) Habets, F., Ackerer, P., Amraoui, N., Besson, F., Caballero, Y.,J-R de Dreuzy, P. Le Moigne, L. Longuevergne, E. Martin, T. Morel, F. Regimbeau, M. Rousseau, P. Rousseau-Gueutin, D. Thiéry, J.-M. Soubeyroux, J.-P. Vergnes et P. Viennot, 40 pages; (lien)

Présentations en englais

Présentation en français

présentation : Le projet Aqui-FR: un outil pour améliorer nos connaissances sur l'évolution passée, présente et future des eaux souterraines en France lors de la rencontre Gestionnaires-Chercheurs à l'AFB mi Novembre 2017