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Étude des variables hydrologiques dans un cadre multivarié et dans un contexte de changement.

Ben Aissia, Mohamed Aymen (2014). Étude des variables hydrologiques dans un cadre multivarié et dans un contexte de changement. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 262 p.

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Résumé

Les études portant sur les évènements hydrologiques sont cruciales vu leurs nombreux impacts sur l'économie et l'environnement. Ces études nécessitent l'analyse et la modélisation des variables hydrologiques décrivant l'évènement en question. Généralement, les événements hydrologiques sont caractérisés par différentes variables corrélées, par exemple volume, pointe et durée de crue, intensité, durée et sévérité des tempêtes et durée et ampleur des sécheresses. Par conséquent, l'analyse de chacune de ces variables séparément (univariée) ne peut pas fournir une évaluation complète et adéquate des risques pour ces événements. D'autre part, plusieurs études ont rapporté des changements temporels des caractéristiques du régime hydrologique des cours d'eau. Les changements climatiques peuvent être à l'origine de tels changements. Dans cette thèse, l'objectif général visé est de déterminer, adapter et appliquer les méthodes les plus prometteuses pour l'analyse et la modélisation, dans des cas pratiques, des variables hydrologiques à la fois dans un cadre multivarié et dans un contexte de changement climatique. Plus précisément, la présente thèse vise à combler un vide pour certaines des étapes (imputation des données manquantes et détection des points de rupture) et éléments manquants (étude régionale et évolution spatiale) pour une analyse fréquentielle multivariée complète des variables hydrologiques. L'analyse fréquentielle est un des plus importants outils statistiques qui englobe l'analyse et la modélisation des variables étudiées. Par conséquent, l'analyse fréquentielle multivariée a été retenue comme le cadre général de cette thèse. Par ailleurs, la dépendance entre les variables hydrologiques représente un aspect très important quand on considère des séries multivariées. L'étude de l'évolution temporelle et spatiale de la dépendance sur des séries hydrologiques simulées et observées est, alors, d'une utilité majeure. Dans la première étude de la thèse, une revue bibliographique sur les techniques d'imputation des données manquantes dans des séries multivariées a été réalisée. À partir de cette revue, on a déterminé les techniques les plus prometteuses qui ont été comparées et appliquées sur des cas réels. La comparaison entre les techniques a été réalisée par l'évaluation de la performance de chaque technique par Jackknife. Les résultats montrent que la dépendance entre les composantes des séries multivariées joue un rôle important dans le choix et la performance des techniques d'imputation. Ensuite, une étude de détermination, adaptation, comparaison et application des tests de détection des points de rupture dans un cadre multivarié a été réalisée. Les tests considérés sont basés sur les fonctions de profondeur. Ils ont été comparés par une étude de simulation et puis appliqués sur deux cas d'étude. Les résultats montrent que les performances des tests considérés sont, en général, influencés par divers facteurs, comme la taille de l'échantillon et l'amplitude du changement. Certains tests sont problématiques en cas d'échantillon de petite taille et d'autres sont conseillés pour des fonctions de profondeur spécifiques. Par la suite, l'évolution temporelle de la dépendance entre la pointe, le volume et la durée de crue a été étudiée dans un contexte de changement climatique. Cette étude a été réalisée sur des séries observées, résultats de réanalyse et simulées de deux bassins versants dans la province de Québec, Canada: soit le réservoir Baskatong et la rivière Romaine et ce, en considérant HYDROTEL et HSAMI comme modèles hydrologiques. Les résultats montrent que le comportement des mesures de dépendance varie en fonction du modèle hydrologique, du modèle général du climat et du scénario d'augmentation des gaz à effet de serre. De plus, le comportement des séries issues de tau de Kendall et de rho de Spearman est similaire. Enfin, une approche développée récemment en analyse fréquentielle régionale dans un cadre multivarié a été appliquée sur la région de côte Nord dans la province de Québec, Canada. Cette approche, comme extension du modèle de l'indice de crue, est basée sur les copules et les quantiles multivariés. Dans ce travail, l'accent est mis sur les aspects pratiques de cette approche en l'appliquant sur la pointe et le volume de crue. Les résultats montrent que l'approche proposée performe bien sur les cas d'études qu'on a considérés et que l'erreur du modèle dépend aussi bien du risque, de la discordance bivariée que de la discordance univariée.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Chebana, Fateh
Co-directeurs de mémoire/thèse: Ouarda, Taha B. M. J.
Mots-clés libres: variables hydrologiques; hydrologie; détermination; adaptation; comparaison; application des techniques d'analyse; modélisation; changements climatiques
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 29 sept. 2014 21:06
Dernière modification: 09 nov. 2015 20:23
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/2410

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