Analyse de sensibilité sur un modèle hydrologique de toiture végétalisée

Sensitivity analysis of a hydrological green roof model

• Auteur / Autrice : Axelle Hego
• Direction : Hugues Garnier, Floriane Anstett-Collin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, Traitement du signal et des images, Génie informatique
• Date : Soutenance le 21/10/2022
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine (1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche en automatique (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Robert Faivre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hugues Garnier, Floriane Anstett-Collin, Thierry Poinot, Magalie Thomassin, Bertrand Iooss
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Robert Faivre, Thierry Poinot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Étalonnage

Sensibilité, Théorie de la (mathématiques)

Modèles hydrologiques

Teneur en eau

Toits végétalisés

Mots clés libres

Modèle hydrique de toiture végétalisée

Analyse de sensibilité

Calibration

Paramètre incertain variant dans le temps

Green roof hydric model

Sensitivity analysis

Calibration

Uncertain time-Varying parameter

Résumé

Ces dernières décennies, les surfaces imperméables des zones urbaines favorisent la saturation des systèmes d'évacuation. Dans le but de réduire l'impact de cette imperméabilité, l'installation de toitures végétalisées est une solution intéressante pour retenir et ralentir les eaux de pluie avant leur arrivée dans les réseaux. Une étude approfondie du comportement hydrique de ces structures est nécessaire pour la mise en place de toitures végétalisées performantes dans les éco-quartiers par exemple. Les performances hydriques sont caractérisées par la teneur en eau à l'intérieur des différentes couches de la toiture. Cette teneur en eau peut être simulée avec des modèles complexes qui dépendent de plusieurs paramètres difficiles à déterminer avec précision tels que des paramètres de sol, de végétation et de météorologie. Les incertitudes de ces paramètres vont se propager dans le modèle et affecter le calcul de la teneur en eau. Pour analyser et quantifier l'impact des incertitudes des paramètres sur la sortie du modèle, la teneur en eau, des méthodes d'analyse de sensibilité globale sont appliquées. Dans un premier temps, un modèle simplifié est considéré. Sa particularité est sa sortie variant au cours du temps. L'analyse de sensibilité est menée en utilisant une approche séquentielle mais aussi multivariée. Ensuite, une calibration du modèle complet est réalisée en utilisant l'analyse de sensibilité. Enfin, un paramètre météo incertain et variant dans le temps est ajouté à l'étude. Une approche originale est proposée pour générer des échantillons cohérents et corrélés dans le temps pour ce paramètre. Les résultats de ces travaux de thèse ont mis en évidence les paramètres ayant le plus d'impact sur le teneur en eau au cours du temps parmi les paramètres de sols, de végétation et de météo. Ces résultats ont permis d'améliorer la compréhension de la dynamique de la toiture végétalisée.

In the last decades, soil imperviousness in urban areas have been one of the main issue because it can lead to the saturation of drainage systems and flood. In order to reduce the impact of this imperviousness, the installation of green roofs is an interesting solution to retain and slow down rainwater before it reaches the sewer system. An in-depth study of the hydric behavior of these structures is necessary for the installation of efficient green roofs in eco-districts for example. The hydric performances are characterized by the water content inside the different layers of the roof. This water content can be simulated with complex models depending on several parameters difficult to determine with precision such as soil, vegetation and meteorological parameters. The uncertainties of these parameters will propagate in the model and affect the simulation of the water content. To analyse and quantify the impact of parameter uncertainties on the model output, the water content, global sensitivity analysis methods are applied. First, a simplified model is considered. Its particularity is its time-varying output. The sensitivity analysis is conducted using a sequential but also multivariate approach.Then, a calibration of the complete model is performed using the sensitivity analysis. Finally, an uncertain and time-varying weather parameter is added to the study. An original approach is proposed to generate consistent and time-correlated samples for this parameter. The results of this thesis work have highlighted the parameters with the highest impact on water content over time among the soil, vegetation and weather parameters. These results have improved the understanding of the green roof dynamics.