Modélisation des échanges surface/subsurface à l'échelle de la parcelle par une approche darcéenne multidomaine

This study deals with physically-based distributed modelling of surface/subsurface interactions. A new modelling approach, called Darcy multi-domain approach, is presented. Richards and diffusive wave equations are used to describe respectively infiltration and runoff processes. Diffusive wave is turned into a non-linear diffusion equation that looks like Richards one. Overland flow is then assimilated as a flow in porous medium that has particular properties. A porous layer, called runoff layer, is introduced in the computational domain. The whole surface/subsurface dynamics is then described in a Darcy continuum by a single non-linear Darcy equation with domain dependant parameters. It allows to impose a hydraulic continuity between surface and subsurface waters. A transport model that allows to deal with hydrograph separation is also implemented. The model is evaluated from classical test cases of the literature. A sensibility analysis and a detailed study of Hortonian runoff are then presented. Finally, the plot scale experiment realized by IRD in Thies, Senegal is reproduced. Results are satisfying and show that the developed modelling approach allows to reproduce the strongly coupled dynamics of small scale hydrological systems. Cette étude s'inscrit dans le cadre de la modélisation distribuée à base physique des interactions entre processus de surface et de subsurface. Une nouvelle approche de modélisation, dite darcéenne multidomaine , est présentée. Les équations de Richards et de l'onde diffusive sont respectivement utilisées pour décrire le processus d'infiltration et de ruissellement. L'équation de l'onde diffusive est transformée en une équation de diffusion non linéaire similaire à l'équation de Richards. L'écoulement d'eau à la surface du sol est alors assimilé à un écoulement dans un milieu poreux aux propriétés particulières. Une couche de milieu poreux, appelée couche de ruissellement, est introduite dans le domaine de calcul. L'ensemble de la dynamique surface/subsurface est alors décrite dans un continuum darcéen par une seule équation de Darcy non linéaire avec des paramètres domaine-dépendants. Cela permet notamment d'imposer une continuité hydraulique entre l'eau de surface et l'eau de subsurface. Un modèle de transport permettant de s'attaquer à la problématique de la séparation d'hydrogramme est également implémenté. Le modèle développé est évalué à partir de cas tests classique de la littérature. Une analyse de sensibilité ainsi qu'une étude détaillée du ruissellement hortonien sont ensuite présentée. Enfin, l'expérience réalisée par l'IRD sur la parcelle de Thies au Sénégal est reproduite. Les résultats sont encourageants et laisse penser que l'approche de modélisation développée permet de reproduire correctement à petite échelle la dynamique fortement couplée des systèmes hydrologiques de type parcelle ou versants.