Simulation de l’impact d’un épisode de Sécheresse sur la Distribution Spatiale des Températures, de l’Humidité de Surface et des bilans hydrologiques d’un bassin versant sub-alpin.

• Contexte du stage

Dans la Zone Critique (la partie superficielle de la croute terrestre directement impactée par les activités humaines), les cycles de l’eau, du carbone et de l’azote sont fortement couplés, dans les sols, la neige, la végétation, les eaux de surfaces, l’atmosphère... Comprendre et modéliser précisément ces interactions est une étape limitante pour proposer les mesures d’adaptation nécessaires et durables face aux changements en cours.

Les régions de montagnes présentent ici un enjeu particulier. Les écosystèmes, limités en nutriments (faibles épaisseurs de sols) y sont adaptés à un régime nival en plein changement du fait de l’élévation de l’isotherme 0°C. Les premières observations montrent que le retrait précoce du manteau neigeux favoriserait un démarrage rapide du cycle phénologique accompagné d’une consommation rapide de l’eau disponible. Ainsi les écosystèmes de montagne pourraient devenir limités en eau avec des conséquences sur l’écosystème lui-même et les flux associés (CO2, azote, eau). Ces processus sont largement influencés par la topographie, qui induit de fortes hétérogénéités spatiales et des flux latéraux importants par ruissellement de surface et transferts souterrain. Or ces derniers sont peu ou pas pris en compte dans les modèles de surface.

Dans le cadre de ce stage, afin de tester l’hypothèse de limitation en eau, nous proposons d’étudier et modéliser le comportement d’une petite unité hydrologique instrumenté (17ha), le pré des Charmasses (col du Lautaret), pour laquelle nous suivons les flux de matière (eau, carbone, azote) et d’énergie dans les aérosols, les précipitations, les sols et l’eau. Ce jeu de donnée unique pour un bassin versant à comportement hydro-nival, permet à la fois de contraindre les bilans réalisés à l’échelle du site, et de forcer et évaluer un modèle de Zone Critique distribué. 4 ans de simulation (2017-2021) ont déjà pu être réalisés sur ce site avec le modèle ParFLow/CLM, montrant la capacité du modèle à reproduire la dynamique du manteau neigeux, le débit à l’exutoire, et les flux d’évapotranspiration (thèse Aniket Gupta).

• Objectifs du stage

1. étendre la séquence de modélisation aux années récentes (2022 - 2023)
2. contribuer aux campagnes de mesures dédiées à la cartographie de ces variables prévues dans le cadre du projet SECOS, qui permettront de valider ces simulations.
3. évaluer la capacité du modèle à reproduire les distributions spatiales de la disponibilité en eau et de la température, marqueur du démarrage phénologique.
4. à partir des sorties de modélisation, on s’attachera à étudier les changements de chemin de l’eau et la variabilité des temps de résidence associés.

Ce travail bénéficiera aussi des mesures géochimiques réalisées dans le cadre du projet SECOS et du monitoring régulier du vallon de Roche Noire pour valider ces temps de résidence et la partition ruissellement/infiltration lors de la fonte.

• Pour postuler : envoyer CV et lettre de motivation à Didier.Voisin univ-grenoble-alpes.fr et jean-martial.cohard univ-grenoble-alpes.fr

• Profil recherché et prérequis : M2 en Sciences de l4environnement ou école d’ingénieur adéquate ; dans tous les cas, un intérêt pour les approches numériques (utilisation de calculateur distant), une pratique minimale de python, et un intérêt pour le travail dans un environnement multidisciplinaire

• Références bibliographiques :
  Gupta, thèse de l’Université de Grenoble, 2023 ;
  Gupta et al, HESS 2023