La modélisation hydraulique en...

Des rivièreset des hommes

La modélisation hydraulique en pratique

Les étapes de sa mise en œuvre Ses limites

Dans le cadre de 

Plan de la séance

1. Diagnostic hydraulique de la rivière

2. Choix du modèle et données d’entrée 

3. Calage et validation du modèle

4. Etude de sensibilité

5. Conclusion

Oldrich NAVRATILUniversité Lyon 2

Les étapes de la modélisation

1.Diagnostic

2.Données d’entrée

3.Calage du modèle

4.Sensibilité

5.Conclusion

Etape 1 : le diagnostic hydraulique préalable

Etat des lieux du fonctionnement hydraulique

utilité / possibilité de développer un modèle

choix du modèle (1D,  2D…) selon les    moyens / données d’entrée

L’Ardour 1

Modélisation de l’Ardour 1D

Oldrich NAVRATILUniversité Lyon 2

Les étapes de la modélisation

2

Contenu du diagnostic

• un inventaire des données 

cartes

photos aériennes

géologie

relief

Contenu du diagnostic

• un inventaire des données 

Synthèse hydrologique au niveau d’une station hydrométrique

3

données hydrologiques 

Contenu du diagnostic

• un inventaire des données 

Données d’archive pour des crues historiques sur le Rance

4

données d’archive

Contenu du diagnostic

• un inventaire des données• les chemins de l’eau

Bléone en crue

5

réseau naturel

Contenu du diagnostic

• un inventaire des données• les chemins de l’eau

Le Charbonnière

6

réseau anthropique

Contenu du diagnostic

• un inventaire des données• les chemins de l’eau

La Réunion, Saint Denis

7

zones de ruissellement

Contenu du diagnostic

• un inventaire des données• les chemins de l’eau• les ouvrages hydrauliques  

Quimper, Décembre 2013

8

pont

Contenu du diagnostic

• un inventaire des données• les chemins de l’eau• les ouvrages hydrauliques  

Le Loir à Saint Maur

9

seuil

Contenu du diagnostic

• un inventaire des données• les chemins de l’eau• les ouvrages hydrauliques  

Exemple d’embâcle sur la Cronce

10

embâcle

Contenu du diagnostic

L’Olivet

11

• un inventaire des données• les chemins de l’eau• les ouvrages hydrauliques• le transport de sédiment 

et la mobilité des formes alluviales signes 

d’érosion ?

Contenu du diagnostic

• un inventaire des données• les chemins de l’eau• les ouvrages hydrauliques• le transport de sédiment 

et la mobilité des formes alluviales

• une enquête de terrain

Marque de crue sur un mur

12laisses de crues

Contenu du diagnostic

Marque de crue historique de 1866 sur le Jargeau

13

• un inventaire des données• les chemins de l’eau• les ouvrages hydrauliques• le transport de sédiment 

et la mobilité des formes alluviales

• une enquête de terrain

laisses de crues

Enjeux du diagnostic

Que nous apporte ce diagnostic ?

• une compréhension globale du fonctionnement hydraulique du site en étiage / en crue :

• répartition des débits• directions des écoulements• zones inondables

• des éléments de validation/critique des résultats des calculs hydrauliques

1.Diagnostic

2.Données d’entrée

3.Calage du modèle

4.Sensibilité

5.Conclusion

Etape 2 : choix du modèle/données d’entrée

Suivi topographique de la Manicouagan, 1919 14

Choix du modèle (1D, 2D…)choix des données d’entrée  • la topographieOldrich NAVRATIL

Université Lyon 2

Les étapes de la modélisation

Etape 2 : choix du modèle et collecte des données d’entrée

• la topographie

Deux exemples de réduction 1D d’une même réalité : terrain sur la Loire

15

Etape 2 : choix du modèle et collecte des données d’entrée

Maillage TELEMAC 2D de la confluence Isle‐Dordogne

LiDAR:  Light Detection And Ranging  

16

• la topographie

Etape 2 : choix du modèle et collecte des données d’entrée

• la topographie• les débits

• station hydrométrique• études hydrologiques

précision des données=

forte incidence sur laprécision des résultats

Limnigraphe, mesure de son débit et prélèvement automatique, Thaïlande 17

Banlieue de Dakar, Sénégal, inondation 2005

18

Etape 2 : choix du modèle et collecte des données d’entrée

Temps 

• la topographie• les débits

Anophele sundaicus : moustique vecteur 

du paludisme

20.19

Episode de Mousson, Mumbai (Bombay), juillet 2005

Etape 2 : choix du modèle et collecte des données d’entrée

• la topographie• les débits• conditions limitesde hauteur d’eau

21. Précipitation et niveau de la marée à Mumbai (Bombay) les 26 et 27/07/2005

Etape 2 : choix du modèle et collecte des données d’entrée

• la topographie• les débits• conditions limitesde hauteur d’eau

• rugosité

n ou K= paramètre de calagedes modèles

n ou K= ?

Source : Yves Zech

1.Diagnostic

2.Données d’entrée

3.Calage du modèle

4.Sensibilité

5.Conclusion

Etape 3 : calage et validation du modèle

• chercher la valeur d’un paramètrecalcul ≈ observation

En hydraulique fluviale :• coefficient de Manning « n » ou Strickler « K »

ligne d’eau modélisée ≈ observée 

Qu’est ce que caler un modèle ?

Oldrich NAVRATILUniversité Lyon 2

Les étapes de la modélisation

Etape 3 : calage et validation du modèle

Q = 2 m3/sArdour à Folles, modélisation 1D

ligne d’eau mesurée− ligne d’eau modélisée

Les données de calage

22. Mesures hydrométriques, Ardour et Brévenne

Les données de calage

23. Laisses de crue dans la plaine alluviale

Les données de calage

24. Hydrogrammes de crue sur le bassin de la Vézère

Les données de calage

25. Crue de la Nam Ngum au nord de sa confluence avec le Mékong en aout 2008

Des données de calage en adéquation avec le modèle

Adéquation entre complexité du modèle et quantité/qualité des données de calagePour une modélisation 2D : • champ de vitessesde surface : LSPIV*

*LSPIV = Large Scale Particule Imagery Velocimetry26. Large‐Scale PIV (LSPIV)

Des données de calage en adéquation avec le modèle

27 

Campagne hydrologiquesur le fleuve Amazone 

avec un ADCP *ADCP: Accoustic Doppler Current Profiler

Adéquation entre complexité du modèle et quantité/qualité des données de calagePour une modélisation 2D : • champ de vitesses de surface : LSPIV

• distribution des vitesses dans une section en travers : ADCP*

ADCP sur la Garonne, Emplois de l’ADCP en rivière : 

une revue de synthèse

Quel sens donner alors à ce coefficient K de calage ?

Rivière en tresses des Duyes

28

Signification de n après calage : 

• la rugosité de la rivière

Quel sens donner alors à ce coefficient K de calage ?

Voitures emportées par une inondation à Figanières, dans le Var, juin 2010

29

Signification de n après calage : 

• la rugosité de la rivière• les pertes de charge 

singulières

Quel sens donner alors à ce coefficient K de calage ?

Signification de n après calage : 

• la rugosité de la rivière• les pertes de charge 

singulières• les incertitudes sur 

les données d’entrée

Mesures hydrométriques, Ardour

30

résolution des résultats 

précision≠ 

1.Diagnostic

2.Données d’entrée

3.Calage du modèle

4.Sensibilité

5.Conclusion

Etape 4 : étude de sensibilité

Tester la sensibilité d’un modèle :• faire varier les données d’entrée 

autour d’une valeur la plus probable • étudier l’impact de ces variations 

sur le résultat final

Oldrich NAVRATILUniversité Lyon 2

Les étapes de la modélisation

Sensibilité à la hauteur à l’aval

Valeur H(aval) maximum probable pour un débit donné

H(aval) maxi

H(aval)mini

Sensibilité à la hauteur à l’aval

Valeur H(aval) minimum probable pour un débit donné

La prise en compte des incertitudes du modèle 

Enveloppe de résultats

H(aval) 

• estimer la robustesse du modèle• outil d’aide à la décision

Qualité du modèle

Résultats corrects :• écart entre lignes d’eau modélisée et mesurée < 10 cm 

ligne d’eau mesurée− ligne d’eau modélisée°

Qualité du modèle

Résultats corrects :• écart entre lignes d’eau modélisée et mesurée < 10 cm • écart 10‐20 cm avec tendance de l’écoulement restituée

ligne d’eau mesurée− ligne d’eau modélisée°

Qualité du modèle

Résultats corrects :• écart entre lignes d’eau modélisée et mesurée < 10 cm • écart 10‐20 cm avec tendance de l’écoulement restituée• écart > 20 cm si cas particulier

ligne d’eau mesurée− ligne d’eau modélisée°

1.Diagnostic

2.Données d’entrée

3.Calage du modèle

4.Sensibilité

5.Conclusion

Oldrich NAVRATILUniversité Lyon 2

Notions vues dans la séquence

• modèle hydraulique :spécifique pour un projet donné

• diagnostic de terrain • prise en compte de la réalité du site• choix du bon modèle • critique des résultats 

• robustesse d’un modèle• qualité des données• adéquation données/modèle• test de sensibilité

Les étapes de la modélisation

Avec le soutien de

Des rivières et des hommes

Réalisation

Réalisé avec le soutien financier de la Région Rhône‐Alpes dans le cadre du CEDES et de l’UNR‐RA 

Crédits photo

1. L’Ardour, 5. Bléone en crue, 6. Le Charbonnière, 11. L’Olivet, 28. Rivière en tresses des Duyes : O. Navratil

2. Cartes, photos aériennes, relief, géologie…. Source : Géoportail, IGN3. Synthèse hydrologique au niveau d’une station hydrométrique. Source : Banque HYDRO, Eau France

4. Données d’archive pour des crues historique sur la Rance. Source : AZEMA, JP, 1982 AQUADOC7. La Réunion, Saint Denis : site DREAL ‐ 8. Quimper, Décembre 2013 : Ouest‐France

9. Le Loir à Saint Maur, 10. Exemple d’embâcle sur la Cronce, 30. Mesures hydrométriques, Ardour : M‐B. Albert

12. Marque de crue sur un mur : EPAMA13. Marque de crue historique de 1866 sur le Jargeau : Jargeau tourisme

14. Suivi topographique de la Manicouagan, 1919 : Bibliothèque et Archives nationales du Québec15. Deux exemples de réduction 1D d’une même réalité terrain sur la Loire : P. Belleudy

16. Maillage TELEMAC 2D de la confluence Isle‐Dordogne : P. Belleudy et Géoportail17. Limnigraphe, mesure de son débit et prélèvement automatique , Thaïlande : ©IRD JL. Janeau 

Crédits photo

18. Banlieue de Dakar, Sénegal, inondation 2005 : ©IRD S. Cheikh Anophele sundaicus : moustique vecteur du paludisme : ©IRD D. Michel 

19. Episode de Mousson, Mumbai, juillet 2005 : Hitesh Ashar ‐ 20. Carte de Mumbai : Google map21. Précipitation et niveau de la marée à Mumbai les 26 et 27/07/2005 

Source : Chitale Report 2006, modifié par E. Ebdelblutte22. Mesures hydrométriques, Ardour, et Brévenne : M‐B. Albert, O. Navratil

23. Laisses de crue dans la plaine alluviale : EPAMA24. Hydrogrammes de crue sur le bassin de la Vézère : service de prévision

des crues et d’hydrométrie de la Dordogne (www.dordogne.equipement.gouv.fr)25. Crue de la Nam Ngum au nord de sa confluence avec le Mékong en aout 2008 : ©IRD Pierret, Alain

26. 26. Large‐Scale PIV (LSPIV), source : http://homepages.cae.wisc.edu.html27. Campagne hydrologique sur le fleuve Amazone avec un ADCP : ©IRD Laraque, Alain 

ADCP sur la Garonne : Lecoz et al., 2007. ‐ Emplois de l’ADCP en rivière : La Houille Blanche, n°729. Des voitures emportées par une inondation à Figanières, dans le Var, juin 2010 ; source : BFMTV

PerForm  ‐ Grenoble INP

Service Usages et Innovations PédagogiquesUniversité Lumière Lyon 2 ‐ DSI

Réalisation multimédia