Modélisation conceptuelle de l'aléa inondation à l'échelle du bassin versant

Conceptual modelling of inundation extents at the catchment scale

• Auteur / Autrice : Cédric Rebolho
• Direction : Vazken Andréassian
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Hydrologie
• Date : Soutenance le 26/11/2018
• Etablissement(s) : Paris, AgroParisTech
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Géosciences, ressources naturelles et environnement (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Hydrosystèmes et bioprocédés (2005-2019) - AgroParisTech (France ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Agnès Ducharne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Agnès Ducharne, Patrick Matgen, Marie-George Tournoud, Hubert H. G. Savenije, Flavie Cernesson
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrick Matgen, Marie-George Tournoud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse numérique

Cartes

Modèles hydrologiques

Plaines inondables

Modèles mathématiques

Inondations -- Prévision

Simulation, Méthodes de

Hydrologie des versants

Mots clés libres

Hydrologie

Inondations

Modélisation

Couplage

Hydrology

Inundations

Models

Coupling

Résumé

La modélisation des inondations -- c'est-à-dire la production de cartes synthétiques à partir de méthodes numériques -- est un enjeu primordial dans notre société. L'urbanisation des lits majeurs a en effet multiplié les enjeux, et il est aujourd'hui indispensable, pour la sécurité des populations, d'être capable de prévoir les zones inondées consécutives à un évènement de crue. Si la prévision des débits permet déjà de lancer l'alerte en cas de crue débordante, la détermination précise des zones inondées qui en résultent est encore en développement, diverses approches ayant été proposées afin de fournir des données pertinentes aux gestionnaires de crise.Ce travail de thèse a cherché à développer des outils numériques -- des modèles -- complémentaires aux modèles hydrauliques classiques, limités par le manque de données géométriques précises des lits des rivières. L'objectif de ce travail est de développer une approche applicable sur l'ensemble du territoire avec des données facilement accessibles afin de fournir une vision à grande, moyenne et petite échelle tout en étant adaptable à un contexte de prévision opérationnelle, en se nourrissant par exemple des débits prévus par un modèle hydrologique. Deux méthodes ont ainsi été étudiées : tout d'abord un algorithme conceptuel de répartition des volumes débordés le long du réseau hydrographique, puis une méthodologie plus physique, liant des équations d'hydraulique simplifiée à un modèle conceptuel (HAND) dans le but de créer des relations débit-hauteur débordée à l'échelle du tronçon. Si le premier méthode a finalement montré ses limites, la seconde, baptisée MHYST, a montré un fort potentiel en modélisant correctement jusqu'à 80% de l'évènement débordant de mai-juin 2016 sur le Loing.Ces travaux ont permis de montrer qu'il était possible de simuler des inondations à partir d'une quantité de données restreintes, et par dessus tout, avec des données facilement accessibles, grâce à des méthodologies simplifiées qui partent d'une représentation équivalente des lits de rivières. Si les modèle développés ont permis de répondre aux principaux objectifs de la thèse, certaines questions restent en suspens, notamment en ce qui concerne l'estimation du débit de plein bord, la centralisation de cartes d'inondations observées de qualité ou encore le traitement des situations les plus complexes telles que les crues og éclair fg{} et les zones fortement urbanisées.

Flood modelling has become an essential issue in today's society, due to the expansion of urban areas into the floodplains. It is now necessary, for the safety of people, to be able to forecast the position of inundated zones produced by a flood event. Flood forecasting already exists but it only deals with discharge estimations in order to alert public authorities in case of an overflowing event. The delimitation of inundated areas is still a work in progress, and it need several approaches to provide relevant information to crisis managers.This PhD aims to develop and test a methodology applicable anywhere in France with easily available data, able to provide a large-scale and meso-scale assessment of inundated territories while still being usable in a forecasting context. Two models have been developed : first, a conceptual water spreading algorithm that estimates the overflowing water volume and spreads it along the river network and then a more physical method which computes reach-scale relationships between the discharge and the height above nearest drainage (HAND) from simplified hydraulic equations. If the former has rapidly reached its limits, the latter, called MHYST, has shown a real potential by correctly modelling up to 80% of the inundation extent resulting from the May-June event on the Loing catchment.This work showed that it was possible to generate inundation maps from limited data and, above all, easily available data, thanks to simple conceptual methodologies based on a simplified representation of the river beds. The models developed in this PhD satisfied the objectives of this project, even if some interrogations remain, in particular about the estimation of bankfull discharge, which is still a problematic issue, the production of spatially accurate observations of inundated areas which are used to calibrate and validate inundation models, or the handling of complex situations such as flash floods and heavily urbanised areas.