Trois étapes pour la simulation
Les ensembles de données sous-jacents ayant été rassemblés en un seul modèle intégré, Canada1Water est maintenant dans sa phase d'essaimage. L'hydrogéologue Omar Khader décrit ce qu'il faut faire pour que les modèles soient prêts à exécuter des simulations à l'échelle continentale.
LE PROCESSUS D'ESSORAGE
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Au cours des prochains mois, M. Khader et ses collègues soumettront le modèle Canada1Water à un processus en trois étapes d'analyse de sensibilité, d'étalonnage et de validation.
"À la fin de l'essaimage, nous aurons atteint l'équilibre dynamique", explique M. Khader. "Cela signifie que les sorties du modèle, comme le débit des cours d'eau, reflètent les variations saisonnières, les valeurs restant cohérentes d'une année à l'autre, et que les niveaux des lacs, des nappes phréatiques et d'autres caractéristiques sont aussi proches que possible des données observées."
Analyse de sensibilité : Qu'est-ce qui affecte le plus le modèle ?
La première étape de l'essaimage consiste à isoler les paramètres individuels du modèle et à tester leur impact sur la performance globale du modèle. Cela permet de déterminer les paramètres qui nécessiteront le plus d'attention lors de l'étalonnage.
Compte tenu de l'échelle continentale et de la complexité de Canada1Water, une certaine simplification est nécessaire pour produire une simulation réalisable sur le plan informatique. Des dizaines de paramètres doivent être pris en compte : frottement des eaux de surface et géométrie des cours d'eau, conductivité et stockage des eaux souterraines, profondeur des racines des plantes, profondeur d'évaporation du sol, limites de pression de l'eau interstitielle pour l'évaporation et la transpiration - et bien d'autres encore.
"Nous ne pouvons pas résoudre tous les ordres des cours d'eau dans le modèle, par exemple", explique M. Khader, "mais nous pouvons inclure les principaux cours d'eau qui ont une incidence sur l'ensemble de la situation. De même, nous ne pouvons pas résoudre toutes les caractéristiques géologiques, c'est pourquoi nous simplifions les couches souterraines et attribuons des propriétés qui correspondent au niveau de détail global de la zone d'étude."
"Canada1L'eau s'étend des Grands Lacs aux tourbières de la baie d'Hudson, en passant par les Grandes Plaines et les Montagnes Rocheuses. Dans chaque cas, ce que nous devons calibrer sera un peu différent".
Si l'une de ces simplifications finit par affecter les performances du modèle, des corrections seront apportées à l'étape suivante - l'étalonnage.
L'étalonnage : Affiner le modèle
Omar Khader est hydrogéologue chez Aquanty, responsable de l'assemblage et de l'étalonnage du modèle Canada1Water.
L'étalonnage consiste à tester les différents paramètres et à s'assurer qu'ils correspondent aux mesures réelles. Khader et ses collègues fixeront des valeurs minimales et maximales pour chaque paramètre, puis attribueront des valeurs à l'intérieur de ces fourchettes et évalueront les performances du modèle.
Si, en principe, cette démarche semble simple, elle est compliquée par le fait que différents paramètres peuvent affecter les résultats du modèle dans différentes régions géographiques, ce qui pose des problèmes pour le processus d'étalonnage.
"Canada1Water s'étend des Grands Lacs aux tourbières de la baie d'Hudson, en passant par les Grandes Plaines et les Montagnes Rocheuses", explique M. Khader. "Dans chaque cas, ce que nous devons calibrer sera légèrement différent.
Par exemple, dans les régions montagneuses où l'eau s'écoule rapidement, il est plus difficile de simuler les valeurs et le moment des débits de pointe que dans d'autres régions, ce qui nécessite des approches d'étalonnage spécifiques. Les Prairies, en revanche, présentent un problème presque opposé : les zones humides peu profondes connues sous le nom de "fondrières" stockent l'eau de surface d'une manière qui affecte la recharge et l'infiltration des eaux souterraines, et le modèle doit être ajusté avec précision pour tenir compte de ces effets. Les tourbières sont un tout autre cas, affectées par les propriétés hydrauliques de la couche arable et par l'évapotranspiration, de sorte qu'il est difficile de modéliser l'étendue réelle de l'eau dans le système.
La résolution de chacun de ces problèmes rapprochera le modèle complet d'un état de préparation permettant d'effectuer des simulations prédictives précises.
Validation : Le contrôle final des performances
L'étape finale consiste à faire tourner le modèle calibré dans une fenêtre temporelle différente de celle utilisée pour le calibrage. Si les deux exécutions présentent une précision similaire par rapport aux observations historiques, l'équipe peut faire confiance au modèle calibré. En cas de divergences, elle reprendra le processus d'étalonnage et procédera à d'autres ajustements.
"Il s'agit d'un processus extrêmement itératif et, à cette échelle, extrêmement complexe", explique M. Khader. "Mais à la fin, nous saurons que nous disposons du premier modèle physique complet au monde d'un système continental d'eaux souterraines et d'eaux de surface, sur lequel on peut s'appuyer pour prendre des décisions de planification à long terme".