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17/10/2016
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Les Ateliers PREVIRISQ INONDATIONS
17 octobre 2016 | Centre de Congrès de LyonPREV
L’incertitude dans la connaissance de l’aléa et la cartographie des zones inondées
1. Illustration des incertitudes sur le cas de la crue d’octobre 1940
2. Cartographie des zones inondées
3. Incertitudes sur l’aléa hydrologique
4. Modalités d’exploitation des incertitudes
Michel LANG, Irstea, Unité de recherche HHLY Lyon-V illeurbanneEric GAUME, Ifsttar, Département Géotechnique, Eau e t Risques
Crue du Tech, Têt et Agly du 16-20 octobre 1940
Les Ateliers PREVIRISQ INONDATIONS
17 octobre 2016 | Centre de Congrès de LyonPREV
Pluviométrie record sur le flanc sud du Canigou (St Laurent-en-Cerdans)1 930 mm en 5 jours (16-20 oct.)
Impacts humains et matériels majeurs57 décès en France et 90 en EspagneVallée du Tech très impactée (environ 70 immeubles détruits, gare d’Amélie et deux usines électriques détruites)
� Exploitation des sources documentaires et reconstitution de la crue de 1940 (Gaume et al., 2015)
Boudou (2015)Boudou (2015)
Incertitudes sur l’aléa hydrologique Modalités d’exploitation des incertitudesCartographie des zones inondéesCrue oct. 1940
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Estimation de débits de crues sur le bassin du Tech
Les Ateliers PREVIRISQ INONDATIONS
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Rivière LocalisationL
mK
V
m/s
Q
m3/s
Sbv
km2
Qunit
m3/s/km2Fr
Tech 600 m amont confluence
Coumelade
40.6 40 15.3 2000
2000
109 18 2.7
Tech Aval usine de Puig Redon, 42.5 30 7.5 2200
2700
186 11.9 0.9
Tech Lieudit els Cantayres, aval
cluse de la forge de Palalda
104 30 8.3 5200
3500
382 13.5 1.1
Tech Mas Lloret, un peu à l’amont
de la gare de Céret
66 35 8.7 4000 470 8.7 1.0
Tech Vieux pont de Céret 45 35 10.3 2646
3500
481 5.5 1.4
Canidell Un peu amont confluence
Tech
75 40 11.5 1100
550
11.6 95 3.2
Coumelade Amont pont CD 114 21.4 30 14.4 1300
800
22 59 2.2
Riuferrer 1200 m amont pont RN 115 53 30 7.4 620
700
45.3 13.8 1.9
Vitesse d’écoulement V et nombre de Froude Fr
Incertitudes sur l’aléa hydrologique Modalités d’exploitation des incertitudesCartographie des zones inondéesCrue oct. 1940
Quelles valeurs de rugosité K pour les crues
exceptionnelles ?
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Coefficients de Gauckler-Manning K Vitesse moyenne d’écoulement V (m/s)
Incertitudes sur l’aléa hydrologique Modalités d’exploitation des incertitudesCartographie des zones inondéesCrue oct. 1940
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Courbes de tarage révisées
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Incertitudes sur l’aléa hydrologique Modalités d’exploitation des incertitudesCartographie des zones inondéesCrue oct. 1940
Délais de propagation des crues comme indice des
difficultés de modélisation hydraulique
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Incertitudes sur l’aléa hydrologique Modalités d’exploitation des incertitudesCartographie des zones inondéesCrue oct. 1940
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Importance de configurations locales
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Exemple de la digue ferroviaire d’Elne en 1940
Incertitudes sur l’aléa hydrologique Modalités d’exploitation des incertitudesCartographie des zones inondéesCrue oct. 1940
Importance de configurations locales
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Exemple de la digue ferroviaire d’Elne en 1940
Incertitudes sur l’aléa hydrologique Modalités d’exploitation des incertitudesCartographie des zones inondéesCrue oct. 1940
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Importance de configurations locales
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Exemple de la digue ferroviaire d’Elne en 1940
Incertitudes sur l’aléa hydrologique Modalités d’exploitation des incertitudesCartographie des zones inondéesCrue oct. 1940
Complexité de la relation hauteur/débit pour les
crues fortement débordantes
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Incertitudes sur l’aléa hydrologique Modalités d’exploitation des incertitudesCartographie des zones inondéesCrue oct. 1940
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Atlas des zones inondées
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Reconstitution de l’étendue des zones inondées sur la Loire à Blois (crues de 1846, 1856, 1866)• Cohérence des laisses de crue à vérifier• Commentaire à produire sur la zone inondée équivalente dans le contexte
actuel
Incertitudes sur l’aléa hydrologique Modalités d’exploitation des incertitudesCartographie des zones inondéesCrue oct. 1940
Cartographie Informative des Zones Inondables (CIZI)
www.haute-garonne.gouv.fr
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7000 km de cours d’eau cartographiés sur un fond 1/25 000Croisement carte hydro-géomorphologique et laisses de crues historiques(Vidal)
Incertitudes sur l’aléa hydrologique Modalités d’exploitation des incertitudesCartographie des zones inondéesCrue oct. 1940
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Aléas faible-moyen-fort pour les PPR inondations
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Définition de l’aléa (crue de référence juin 1875)Hors zones endiguées Hauteur H (m)
0.5 1.0
Faible Moyen Fort Si V ≥ 0,5 m/s, aléa fort
Incertitudes sur l’aléa hydrologique Modalités d’exploitation des incertitudesCartographie des zones inondéesCrue oct. 1940
Simulation hydraulique d’une rupture de digue
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Hauteur Vitesse
Vitesse V (m/s)
0.5
4.0FaibleH
aute
ur H
(m)
1.0Moyen
Fort
Très fort aggravé
2.0
Très fort(Paquier, 2008)
Incertitudes sur l’aléa hydrologique Modalités d’exploitation des incertitudesCartographie des zones inondéesCrue oct. 1940
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Directive Inondation : cartographie des zones inon-
dées pour 3 scénarios et croisement avec les enjeux
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Incertitudes sur l’aléa hydrologique Modalités d’exploitation des incertitudesCartographie des zones inondéesCrue oct. 1940
Aléa faible / moyen / fort (période de retour 10 / 100-300 / 1000 ans)
Aléa hydrologique de référence par maximisation
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Incertitudes sur l’aléa hydrologique Modalités d’exploitation des incertitudesCartographie des zones inondéesCrue oct. 1940
☺ Approche donnant directement des éléments sur les crues extrêmes�Aléa fréquent et moyen peu abordé� Encore peu d’analyse d’incertitudes
� Rechercher la crue la plus forte possible sur un secteur donné
Facteurs d’incertitude pour une crue historique• Quelle crue retenir ? • Rejouer la crue ancienne dans les conditions actuelles• Comment garantir l’homogénéité d’un site à un autre ?
Facteurs d’incertitude pour une crue géomorphologique• Impact de la variabilité climatique depuis l’Holocène ? • Impact des aménagements humains sur les limites actuelles de la plaine
d’inondation ?
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Aléa hydrologique par approche probabiliste
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Incertitudes sur l’aléa hydrologique Modalités d’exploitation des incertitudesCartographie des zones inondéesCrue oct. 1940
� Caler une distribution sur les observations et extrapoler pour les événements extrêmes
Facteurs d’incertitude• Débits de crue
Courbe de tarage avec incertitudes sur le Golo à Barchetta (méthode Baratin)
Hauteur H (m)
Déb
it Q
(m
3 /s)Le nombre limité de
jaugeages en crue induit une forte incertitude sur l’estimation des débits de crue
Aléa hydrologique par approche probabiliste
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Incertitudes sur l’aléa hydrologique Modalités d’exploitation des incertitudesCartographie des zones inondéesCrue oct. 1940
� Caler une distribution sur les observations et extrapoler pour les événements extrêmes
Facteurs d’incertitude• Débits de crue• Incertitude d’échantillonnage
La largeur de l’intervalle de confiance croît avec la période de retour, et…le nombre de paramètres de la loi de probabilité
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
20000
1 10 100 1000
Période de retour T (ans)
Dé
bit Q
JX (
m3/
s)
Borne sup. IC90GumbelBorne inf. IC90Série expérimentale
x0=4 140 ; a=902Q(100)=8 290 ; Q(1000)=10 400
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
20000
1 10 100 1000
Période de retour T (ans)
Déb
it Q
JX (
m3/
s)
Borne sup. IC90GEVBorne inf. IC90Série expérimentale
x0=4 100 ; a=850k=-0.127 ; IC90(k)=[-0.34;0]Q(100)=9 400 ; Q(1000)=13 500
Loi de Gumbel (k=0)
Loi GEV (k=-0.127)
Rhô
ne à
St E
tienn
e-de
s-S
orts
(195
5-20
01)
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Aléa hydrologique par approche probabiliste
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Incertitudes sur l’aléa hydrologique Modalités d’exploitation des incertitudesCartographie des zones inondéesCrue oct. 1940
� Caler une distribution sur les observations et extrapoler pour les événements extrêmes
Facteurs d’incertitude• Débits de crue• Incertitude d’échantillonnage• Choix du modèle probabiliste
Distribution des crues sur le Gardon à Corbès(projet ExtraFlo)
Grande variabilité des extrapolations suivant le modèle utilisé (approche locale, régionale, historique, pluie-débit)
☺ Aléa fréquent et moyen assez bien estimé à l’aide des observations�Aléa extrême encore incertain (même si progrès récents via approches par simulation)
Aléa hydrologique par approche probabiliste
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Incertitudes sur l’aléa hydrologique Modalités d’exploitation des incertitudesCartographie des zones inondéesCrue oct. 1940
� Caler une distribution sur les observations et extrapoler pour les événements extrêmes
Facteurs d’incertitude• Débits de crue• Incertitude d’échantillonnage• Choix du modèle probabiliste• Impact du changement climatique
Evolution constatée au XX° siècle sur le débit de pointe de crue (Guintoliet al., 2012)
Peu d’évolution significative à ce jour et faible cohérence sur le devenir des crues
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Aléa hydrologique : autres cas de figure
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Incertitudes sur l’aléa hydrologique Modalités d’exploitation des incertitudesCartographie des zones inondéesCrue oct. 1940
☺ Ordre de grandeur utile pour repérer les zones potentielles de danger� Encore très peu d’analyses d’incertitudes sur ces aléas
� Ne pas oublier les inondations issues de :• Crues soudaines : souvent pas de réseau d’observation pérenne;
approches empiriques, historiques, régionales• Rupture de digues : localisation précise difficile à anticiper; approches
empirique (bande forfaitaire de sécurité) ou par scénario• Rupture d’ouvrage : modélisation hydraulique de la zone submergée• Submersion marine : hypothèses sur la concomitance des aléas surcote
marine et crue, approche empirique (niveau constant) ou par modélisation dynamique (stockage/ressuyage)
• Remontée de nappe : modélisation hydrogéologique
et les phénomènes aggravants : embâcle/débâcle, transport solide
Comment exploiter l’information sur les incertitudes?
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Incertitudes sur l’aléa hydrologique Modalités d’exploitation des incertitudesCartographie des zones inondéesCrue oct. 1940
Approche fréquenteL’incertitude est affichée-mentionnée, mais finalement non exploitée dans la prise de décision ou le zonage finalApproche avec marge de sécuritéSi les incertitudes excèdent le niveau usuel, l’utilisateur peut majorer l’aléa de référence selon les enjeux considérésCf. installations nucléaires (guide ASN, 2013) :
borne sup. I95% pour la pluie centennale ou le niveau de nappe centennaleborne sup. I70% pour la crue millénale
� Caractère subjectif de la marge de sécuritéApproche par optimisation économiqueL’incertitude a un coût du fait d’une marge de sécurité à retenir en situation d’incertitude� Introduction d’une fonction de coût (dommages évités vscoût de l’ouvrage)
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Incertitudes sur l’aléa hydrologique Modalités d’exploitation des incertitudesCartographie des zones inondéesCrue oct. 1940
Comment exploiter l’information sur les incertitudes?Distribution prédictiveEn complément de l’estimation standard de l’aléa hydrologique (avec le « meilleur » jeu de paramètres), on peut fournir une estimation prédictive qui exploite le fait que l’on peut se tromper dans l’estimation précédente
Estimation centrale Distribution prédictive Observations Intervalle à 90%
(années)
•••• Estimation modale(avec le « meilleur » jeu ρ de paramètres)
dxxfxFx
)ˆ()(ˆ0
ρ∫=
•••• Distribution prédictive(en intégrant l’incertitude sur les paramètres)
ρρρρ
ddxgxfxFx
)()()(0
pred ∫ ∫=
Conclusions
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•••• Diversité des sources d’incertitudeDonnées / Echantillonnage / Modèles
• Calcul d’incertitudeEncore difficile sur les erreurs de modélisationProgrès récents sur la propagation des incertitudes (simulations Monte Carlo)
• Aléa non directement lié au débordement de cours d’eau Estimations plus difficiles à partir de données limitéesHypothèses – scénarios à définir
• Cartographie des zones inondablesIncidence variable des incertitudes hydrologiques sur la zone inondée
(cf. large plaine vssection réduite)Modalités d’exploitation des incertitudes encore à définir