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Modèles pour la prévision des crues

De Wikigeotech

Sommaire

Contexte

Vigicrues diffuse via le site www.vigicrues.gouv.fr, la vigilance crues, des observations hydrométriques sur les quelque 1600 stations du réseau surveillé ainsi que des prévisions chiffrées pour 600 d’entre elles. Afin d’élaborer ces prévisions expertisées, les prévisionnistes s’appuient sur différents outils d’aide à la décision et des modèles pour la prévision des crues.

Typologie de modèles de prévision des crues

On distingue différentes catégories de modèles pour la prévision des crues :

Les modèles hydrologiques, qui transforment la pluie en débit à l’exutoire du bassin versant, et qui peuvent être :

  • spatialisés : la pluie concernant chaque pixel du modèle numérique de terrain a un chemin différent jusqu’à l’exutoire du bassin versant global. La modélisation peut être :
  • soit « à base physique »
  • soit « conceptuelle »
  • semi-spatialisés : la pluie sur chaque sous-bassin permet de calculer des débits d’apports de chaque sous bassin qui sont ensuite combinés pour obtenir le débit à l’exutoire du bassin versant global
  • globaux : les grandeurs sont moyennées sur la globalité du bassin versant et la « pluie de bassin » est transformée en débit à l’exutoire

Les modèles hydrauliques, qui propagent les débits le long d’un cours d’eau, et qui peuvent être :

  • empiriques, c’est-à-dire basés sur des relations (généralement simples) déduites des hauteurs d’eau et débits constatés
  • à base physique : en résolvant les équations de Saint Venant en une ou deux dimensions. On parle alors de modèles hydrodynamiques. Ils permettent également de prendre en compte l’influence des conditions maritimes dans les estuaires.

Il faut noter que certaines problématiques ajoutent de la complexité :

  • Neige : Stockage, fonte
  • Sols gelés : Infiltration limitée
  • Karst : Stockage, mise en charge
  • Nappes : apports des eaux souterraines
  • Ouvrages hydrauliques, embâcles

Plateformes de modèles nationales

Les plateformes de modèles portées au niveau national reposent sur des outils autant que possible libres, gratuits et ouverts, qui couvrent les typologies précédemment évoquées. Elles sont les suivantes :

Modèles hydrologiques globaux ou semi-spatialisés.

  • PLATHYNES, qui regroupe entre autres les modèles issus des plateformes MARINE, ATHYS et ALHTAIR

Modèles hydrologiques globaux, semi-spatialisés ou spatialisés, modèles hydrauliques empiriques.

Modèle hydrodynamique 1D. Possibilité de casiers, assimilation de données, couplage avec Open-TELEMAC.

Modèle hydrodynamique 2D.

Construction, calage – validation, pilotage temps réel - temps différé

Les modèles de prévision des crues nécessitent :

  • une phase de construction

Construction du maillage et de la géométrie à partir du modèle numérique de terrain, des levés bathymétriques, etc. Cette phase est obligatoire pour les modèles hydrologiques spatialisés et pour les modèles hydrodynamiques mais n’existe pas pour les modèles hydrologiques globaux.

  • une phase de calage - validation des paramètres du modèle pour chaque bassin versant ou rivière modélisée, à partir de données d’observations.

Le calage (optimisation des paramètres du modèle) a pour but de faire se rapprocher autant que possible les résultats du modèle et les données observées. Il est effectué sur une période temporelle ou un jeu d’événements ; la validation (vérification de la qualité des sorties du modèle) sur une autre période temporelle ou un jeu d’événements.

  • un pilotage temps réel – temps différé

Les modèles de prévision des crues nécessitent une alimentation à partir des données météorologiques observées et prévues, et des observations hydrométriques. L’enchaînement en cascade des modèles amont vers les modèles aval permet d’accroître les échéances de prévision, notamment pour les modèles aval. La réduction des incertitudes par assimilation de données puis l’évaluation des incertitudes résiduelles est essentielle pour le travail du prévisionniste des crues qui doit pouvoir piloter les modèles selon différents scénarios en temps réel et en temps différé (pour s’entraîner).

La Plateforme Opérationnelle pour la Modélisation (POM) est l’outil national de Vigicrues pour répondre à ces besoins.

Outils personnels