Thème de Recherche arceau

Atelier 2 – Intégration, Couplages, Validation

La modélisation est au centre de l'activité du TR Arceau, aussi bien sur les aspects quantitatifs que qualitatifs du cycle de l'eau, sur l'ensemble la chaîne hydrologie, hydraulique, érosion, transport, pollution. Cependant, la plupart des modèles sont développés de façon essentiellement disciplinaire : par conséquent, ils ne sont pas en général prévus pour être couplés. La question du couplage et de l'intégration nécessite de revenir aux fondamentaux, aux hypothèses sous-jacentes dans chacun des modèles. Cet atelier est prévu pour fournir un lieu de débat sur les fondements des modèles, et des possibilités de les coupler. Nous prévoyons :

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  Un premier séminaire introductif (automne 2014) pour faire le point sur les modèles du TR ARCEAU ;
  
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  Le séminaire 2015 s'intéressera au retour d'expérience sur les couplages ;
  
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  Le séminaire 2016 sera consacré à une typologie des couplages et méthodes adaptées aux questions posées ;
  
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  Les séminaires 2017 et 2018 seront définis en fonction des besoins identifiés à l'issu du séminaire 2014.
  

1. Séminaire 2014 : Les modèles du TR ARCEAU - avancées et perspectives

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  Date : 2014
  
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  Organisateurs : David Dorchies & Charles Perrin
  
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  Type : Un sondage et un catalogue à réaliser avant le séminaire, puis un séminaire en deux demi-journées
  
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  Objectifs : Aboutir à une cartographie aussi exhaustive que possible des pratiques de modélisation au sein du TR.
  

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  Enquête préliminaire au séminaire
  

Envoyer une fiche type à remplir aux développeurs (sondage Lime survey?). Contenu indicatif :

(i) Type de modèle : modèle hydraulique, hydrologie, descente d'échelle, qualité, etc.; (ii) Système étudié (parcelle, bv, tronçon, atmosphère, etc.); (iii) Objectifs (pour quelle utilisation (compréhension des processus, applications opérationnelles, etc.), et pour quelle domaine (crue, étiage, qualité, régulation, gestion d'ouvrages)); (iv) Equipe de développement; (v) Date de la première version et de la dernière version; (vi) Langage / Interface; (vii) Diffusion (licence, utilisateurs externes); (viii) Variables d'entrée et de sortie; (ix) Format fichiers (texte, binaire, etc.); (x) Echelle temporelle et spatiale; (xi)Couplages existants/envisagés avec autres modèles; (xii) Domaine d'application et limites; (xiii) Exemples d'application; (xiv) Publication de références; (xv) moyens de calculs disponibles.

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  Session 1 : Panorama des modèles du TR ARCEAU (1/2 journée)
  

- Définition des types d'outils (modèle, logiciel, plateforme, script, etc.) et synthèse du catalogue des fiches (position dans le triangle ARCEAU)

- Exemples de développements de modèles (développement interne, développement mixte, développement externe)

- Synthèse des expériences passées

- Posters d'illustration

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  Session 2 : Quelles évolutions collectives ? (1/2 journée)
  

- Comment clarifier/rendre plus cohérente l'offre en modèles pour l'extérieur ?

• Quelles comparaisons (passées et utiles pour le futur), avec quels moyens; (ii) Quels avantages/limites respectives ?; (iii) Quelle complémentarité ? ; (iv) Comment exploiter les résultats pour des améliorations collectives ?

- Quelle stratégie pour poursuivre les développements ?

• Présentation de la forge logiciel (présentation A. Gallavardin); Peut-on définir des formats communs ?; Quels investissements sur des plateformes communes ?

- Quelles ressources de calcul ?

1. Séminaire 2015 : Retour d'expérience sur les couplages

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  Date : printemps 2015
  
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  Organisateurs : Flora Branger & Claire Lauvernet
  
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  Type : Une conférence introductive pédagogique préparée en amont par un groupe de quatre personnes; Une séance présentant des retours d'expérience sur les couplages; Un temps de discussion et de débat
  
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  Objectifs : Trouver un vocabulaire commun sur les concepts; Echanger sur nos expériences; Donner des pistes à ceux qui souhaitent utiliser des plates-formes
  

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  Préparation
  

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  Groupe de préparation : POM, HH, CL, FB
  
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  élaboration d'un questionnaire (bilan de qui fait quoi dans le TR (méthodes +/- basiques pour coupler et avoir un paysage)
  
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  préparer grille de présentation pour avoir quelque chose d'homogène
  

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  Conférence introductive « le couplage pour les nuls »
  

Introduction : terminologie (« le couplage pour les nuls ») ; retour rapide sur les réponses au sondage

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  Retour d'expérience sur les couplages
  

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  Cascades de modèles (couplages unidirectionnels) : Simulateur de pluie / pluie débit (PA, Etienne Leblois, Christine Poulard, JBF, MHR, JPV); TGR (DD, CP); ATHYS-SIC-BRGM (POM)
  
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  Couplages bi-directionnels : Hydraulique 1D/2D (André Paquier); Hydraulique / Automatique (POM, JPB, DD)
  
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  Résolution d'équations couplées : SIC / MAGE-ADIS (Hydrau / Qualité / Sédiment) (JBF, POM); Modélisation pluie-débit (CP); VFSMod (CL); Irina Ginzburg; Sispat (IB)
  
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  Coupleurs et plate-formes de modélisation : OpenMI (JBF, Marko Adamovic); PALM : POM; LIQUID (IB, FB, HH); JAMS (Meriem Labbas); HYPE (HH); CMF (Karima Djabelkhir)
  
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  Bibliothèques de parallélisation : PVM, MPI
  

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  Temps de discussion
  

1. Séminaire 2016 - Typologie des couplages et méthodes adaptées aux questions posées

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  Date : printemps 2016
  
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  Organisateurs : Isabelle Braud & Hocine Henine
  
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  Objectifs : Définir une typologie des couplages; Classer les méthodes/modèles présentés dans les séminaires précédents selon cette typologie pour que chacun se situe; Apporter une réponse aux questions suivantes : (i) Quel type d’investissement technologique et logiciel est nécessaire pour répondre à mes questions? (ii) Modèles couplés et calage: est-ce que ça conditionne les outils à choisir?; (iii) Comment stocker l’info et la partager pour les couplages?; (iv) Limites des couplages ? (on ne peut pas coupler tout et n’importe quoi)
  

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  Typologie des plates-formes
  

Définir une typologie des plates-formes (Plates-formes en tant que templates pour les nouveaux développements, mutualisation pour faire des choses à moindre coût et accéder à d’autres expertises).

Classer les méthodes/modèles présentés dans les séminaires précédents selon cette typologie pour que chacun se situe

Quel type d’investissement technologique et logiciel pour quelle attente?

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  Synthèse couplages/plates-formes
  

- Comment renforcer les synergies entre différentes équipes

- A-t-on besoin d’outils communs?

- Quels efforts supplémentaires pour mutualiser nos outils?

- Quels moyens humains et matériels?

- Développements internes et/ou collaborations nécessaires?

- Choix à faire sur les outils ?

3. Atelier 3 – Assimilation, Sensibilité, Incertitudes

Par rapport à l'atelier précédent - essentiellement méthodologique - cet atelier souhaite mettre en avant un ensemble de thèmes plus techniques, que nous avons identifiés comme essentiels pour le TR. Il s'agit des questions liées aux incertitudes, à l'étude de sensibilité, et aux techniques d'assimilation qui permettent d'apporter aux modèles en temps réel une information sur l'état du système modélisé afin de le corriger.

Les trois premiers séminaires envisagés pour cette action d'animation sont :

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  En 2014 - Incertitudes dans les données
  
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  En 2015 - Incertitude des modèles, approches de propagation et estimation totale
  
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  En 2016 - Assimilation de données
  

Par la suite, on a envisagé de traiter de l'analyse de sensibilité (2017) puis de la question de l'incertitude et de la prise de décision (2018). Ces thèmes seront à préciser en fonction des questions soulevées.

1. Séminaire 2014 : Incertitudes dans les données

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  Date : printemps 2014
  
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  Organisateurs : Guillaume Dramais, Alain Guérin & Christelle Margoum
  
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  Type : conférences + Sessions poster
  
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  Objectifs : Tour d'horizon des méthodes de quantification des incertitudes sur les données; catalogue des “ordres de grandeur”; sensibilisation des "modélisateurs d'intérieur" à l'existence et l'importance des incertitudes sur les données.
  

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  Enquête préparatoire
  

Sondage ARCEAU : qui mesure ou voudrait mesurer les incertitudes de quoi?

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  Partie 1 - Mesures Directes
  

Introduction : théorie de l'incertitude métrologique (Sylvain Moreau)

Session posters (liste non exhaustive, à compléter) : Mesure de transport solide (Benoit Camenen); Chimie: Capteurs optiques (Cédric Chaumont, Pascal Breil); Mesures hydrauliques fines en canal (S. Proust et Fabien Thollet); Mesure des propriétés physiques des sols (IB) + Etat hydrique des sols (irrigants); Mesure ponctuelle de précipitation (pluie et neige): Alain Guerin & VA

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  Partie 2 - Mesures Indirectes
  

Introduction : propagation des incertitudes métrologiques dans les chaines de traitement (B. Blanquart?)

Session posters (liste non exhaustive, à compléter) :Stratégie d'échantillonnage (actif et passif) en cours d’eau (Lucie Liger et Christelle Margoum ou Azziz Assoumani); Détermination des concentrations en contaminants chimiques (Christelle Margoum) ; Turbidité/concentration (Marina ou Fabien); Jaugeages (Dilution, ADCP, Vélocimetrie, Imagerie, empotement) et Courbes de tarage (Jérôme Le Coz ou BR); Spatialisation de la pluie: De la réflectivité à la pluie (Pierre Tabary MétéoFrance); Utilisation des pluies radar en modélisation hydrologique (CF, Florent Lobligeois Dimitri Defrance); Geostatistiques à partir de postes pluviométriques (Etienne Leblois); Pluies satellites (???); Densité des réseaux de mesure (Laure Lebecherel); Interpolation des pluies en montagne (VA); ETP (François Tilmant, IB); Données issues de télédétection: occupation du sol (FB), LIDAR (Lionel Penard).

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  Partie 3 - Discussion
  

Introduction : pourquoi les incertitudes sur les données sont importantes pour les modélisateurs?

Catalogue des “ordres de grandeur” suivant les types de mesure (restitution travail préliminaire); Transmission des incertitudes avec les données : c'est rare... mais les modélisateurs ne les demandent pas assez !; Stratégies d'échantillonnage; Qualification vs. quantification des incertitudes.

1. Séminaire 2015 : Incertitude des modèles, approches de propagation et estimation totale

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  Date : printemps 2015
  
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  Organisateurs : Helena Ramos & Patrick Arnaud
  
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  Objectifs : Offrir à tous un aperçu des méthodes de calcul des incertitudes.
  

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  Session introductive : Généralités sur les incertitudes
  

Typologie et vocabulaire sur les incertitudes (Benjamin, Jean-Philippe, Maria-Héléna)

Incertitude vs. Analyse de sensibilité

Typologie des approches (François Bourgin)

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  Session « Méthodes Bayésiennes et assimilées »
  

Les techniques d'estimation des incertitudes de modèle

Méthode Bayésienne : bases pour les nuls

Bayes vs. GLUE (François Bourgin)

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  Session « Autres méthodes »
  

Approche fréquentiste

Incertitude en prévision des crues (François Bourgin, MHR, CP)

Approche par scénario (cf. changement climatique)

Approche multi-modèle (MR : consensus, BR : analyse fréquentielle, CP)

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  Session « Propagation des incertitudes »
  

Cascade d'incertitudes (JPV)

Hypothèses « dépendance » vs. « indépendance » (Copules) (PA)

Projet FAST (Héléna, Benjamin)

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  Session « Boîte à outils »
  

Simlab

Petit-bateau (BR)

Incertitudes du générateur de pluies (EL)

1. Séminaire 2016 : Assimilation de données

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  Date : printemps 2016
  
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  Organisateurs : Claire Lauvernet & Pierre-Olivier Malaterre
  
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  Durée : une journée
  
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  Objectifs : (i) Clarifier ce qu’est l’Assimilation de Données; (ii) Contexte national général + focus Hydrologie-Hydraulique; (iii) Présenter ce qui s’est déjà fait à Arceau; (iv) Présenter les souhaits & idées pour le futur
  

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  Partie 1 – Introduction à l'assimilation
  

Définitions, principes généraux (combiner de manière optimale des informations provenant de modèles et de données mesurées)

Diverses approches (séquentiel, variationnel, filtrage, approches particulaires, etc.)

Quelles données on peut assimiler (état initial, entrées, paramètres, etc.)

Comment vérifier qu’un problème d’AD est bien posé (Analyse de sensibilité, observabilité)

Prise en compte des erreurs sur les données (surtout en temps réel)

Plateformes logiciel spécialisées AD disponibles

Questions : (i) L’AD est elle réservée aux modèles dynamiques (y=f(*,t)) ?; (ii) le Multi-Modèle entre-t-il dans le cadre de l’AD ?; (iii) Qu’est ce que la réanalyse ?; (iv) Quelles données sont (seront) disponibles ?

Invité extérieur ? (William Castaing, Moise, Cerfacs)

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  Partie 2 : Exposés sur les applications réalisées à Arceau
  

(i) Prévision des crues : modèles GR & TGR (Lionel Berthet, PJ, CP, DD, SM); (ii) Hydraulique & Automatique (POM, NJB , SB); (iii) 4D-Var et Adjoint (CL); (iv) AD humidité des sols (HBAN, CP ?); (v)Spatialisation des écoulements (GR4 + … : Etienne Leblois); (vi) Cf Christian Puech, Jérôme Monnier sur problématiques crues; (vii) Cf Helene Roux & Dartus (Marine); (viii) Athys Mercedes (JC Bouvier); (ix) DTG-EDF : AD de Hauteurs de Neige (Thibaut Mathevet); (x) Avalanches ? (voir avec M Naaim)

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  Partie 3 : Projets à développer
  

Qui veut (et peut) assimiler quoi ? Pour quels objectifs ? Avec quels modèles ? Avec quelles données ?

Collaborations envisageables (en interne et externe)

Montage de projet(s)

1^ L’équipe Montpelliéraine participe à l’animation scientifique tout en étant rattachée, à des fins d’évaluation et de programmation scientifique, au TR GEUSI.

2^ Par rapport à la période 2008-2012, le périmètre des activités du TR est resté stable, avec un seul changement qui n'impacte pas ce document : l'équipe gestion opérationnelle de Montpellier a été rattachée pour évaluation au TR GEUSI tout en restant liée au TR ARCEAU pour l'animation scientifique.

3^ Centre d'Analyse Stratégique, 2013. Pour une gestion durable de l’eau en France. Volet 3 : Les risques stratégiques de la gestion quantitative de l’eau en France et les perspectives d’adaptation à l’horizon 2030.

4^ Une conséquence logique serait (i) que tout code développé par Irstea soit disponible en open-source, que (ii) dans le cas d’applications parallèles (inévitables et bienvenues) des cas communs soient traités.

5^ Pour répondre à ces questions scientifiques, le TR a participé à l'élaboration d'une proposition EQUIPEX (sept 2011) intitulée AQUAFUTURA.

6^ Ce dernier point est en train d’être abordé dans le cadre du projet CLIMAWARE.

7^ Ce tableau présente uniquement des collaborations prioritaires, sans exclusivité. A l'international notamment de nombreuses autres collaborations existent (Allemagne, Norvège, Royaume-Uni, etc…) et il est légitime que chacun approfondisse le réseau et les liens inter-personnels pérennes qui nourrissent sa recherche.

8^ Observatoire des Sciences de l’Univers

9^ Système d’Obsrervation pour la Recherche en Environnement