risques hydrométéorologiques, crues et inondations Philippe BELLEUDY Laboratoire d’étude des Transferts en Hydrologie et Environnement http://lthe.fr/PagePerso/belleudy/ philippe.belleudy@ujf-grenoble.fr Japon, mars 2011

risques hydrométéorologiques, crues et inondations 1   Introduction Les événements catastrophiques de Draguignan en juin 2010. Quelles sont vos crues ? 2 La formation des précipitations Météorologie générale : Dynamique de l’atmosphère (structure verticale, circulations) 3 Les observations météorologiques Pluviométrie classique et radar, analyse statistique des pluies 4 La prévision des précipitations De la grenouille au satellite : méthodes / échéances / échelles. Météorologie/climatologie. 5 Hydrologie du bassin versant De la pluie au débit / Évaporation, infiltration, ruissellement / Bilan hydrique 6 Rivières et crues: vision statistique Prévision et prédétermination / Normal et extrême. Risque, aléa et vulnérabilité 7 L'écoulement fluvial Remous et pertes de charge / Hydrométrie. 8 La propagation des crues Dynamique des inondations / Alerte et annonce. Aménagement du bassin versant contre les inondations 9 Transport solide et morphologie fluviale Impact des aménagements / L'entretien des rivières

les outils de l’ingénieur pour le risque propagation des crues l’écoulement fluvial non permanent Les écoulements instationnaires: gravité, inertie et frottement les outils de l’ingénieur pour le risque prévision et prédétermination les modèles cartographie Quels aménagements ?

les outils de l’ingénieur pour le risque : 1 les outils de l’ingénieur pour le risque : 1. prévision et prédétermination prévision et annonce exemple 1 : Loire doc. BD Carthage, http://www2.centre.environnement.gouv.fr/cotes_loire/web/carte.asp C  1. 2 m/s = 4.5 km/h ne pas confondre: Prévision : anticipation d’un phénomène qui va réellement arriver Prédétermination : analyse statistique des occurrences d’un phénomène (, et hypothèse que ce phénomène continuera de la même manière). exemple 1 Annonce basée sur le propriétés de propagation de l’onde de crue. Le temps de propagation est déterminé par analyse des mesures passées. Valable tant que les conditions ne changent pas, et qu’il n’y a pas de phénomène supplémentaire qui intervient (exemple débordement en lit majeur). (peut être estimé grossièrement par les équations de l’onde cinématique, peut être reproduit par un modèle validé) Les méthodes et d’autres aspects de l’annonce sont développé par Marc Erlich dans « Mise en place des systèmes opérationnels d’annonce et de prévision des crues : aspects légaux, techniques et de communication » et Philippe Blancher dans « Prévention et traitement de l’alarme ».

1. prévision et prédétermination septembre 2002, Q=6000m3/s, doc OHMCV prévision et annonce délicat si le temps de concentration est faible exemple 2 : crues cévenoles Le BV du Rhône reçoit en aval RD ses affluents Cévenols. Ces affluents qui drainent le sud du Massif-Central subissent au début de l’automne les pluies dites « cévenoles ». Mécanisme : mer encore chaude, évaporation forte. Flux du sud. Précipitations orographiques avec forts cumuls localisés. BV raides et bien drainés. Provoquent des crues éclairs. Donc très faible temps de parcours entre l’arrivée de la pluie et l’onde de crue en aval. (on a estimé que dans certain cas, la durée du cycle de l’eau, de la mer à la mer est aussi faible que 6 heures. L’annonce de tels phénomènes ne peut pas des faire à partir de débits ni de pluies précipitées.  mesure radar (pluie en cours, mais relief !). La meilleure parade est la préparation et la réduction de la vulnérabilité. exemple 8-9 septembre 2002 : cumul de pluie de l’ordre de plus 400m en 48 heures sur plus de 2800 km². Q gardons =6000m3/s, Q Rhône-Tarascon=11000 m3/s. Détails sur la crue de 2002 : http://ltheln21.hmg.inpg.fr/OHM-CV/P510_rexhydro.php et en général, sur l’hydrologie Cévennes-Vivarais: http://ltheln21.hmg.inpg.fr/OHM-CV/index.php Image RADAR du 29/09/2000 à 11h45

temps de concentration faible les outils de l’ingénieur pour le risque : 1. prévision et prédétermination prévision et annonce temps de concentration faible exemple 3 : Paillon à Nice : bassin versant méditerranéen 236 km² autrefois : annonce au galop ! Crues éclair méditerranéennes. Des phénomènes brutaux et intenses. L’annonce de crue était faite par un coursier à cheval.

les outils … : 1. prévision et prédétermination dangereux si… exemple 3 : Paillon à Nice (suite) maintenant : « tourner le dos à la rivière » lit couvert partagé avec la circulation routière (1/4) + service d’annonce la photo ci-dessous n’a pas pour but de présenter un nouveau dispositif de protection contre les crues mais c’est ce que j’ai trouvé de mieux pour expliquer la situation  Crues éclair méditerranéennes. Une illustration d’un comportement envers la rivière typique des années d’après-guerre : tourner le dos. Le fleuve qui traverse la ville a été progressivement recouvert (parkings, équipements). Dans un deuxième temps, une des trémies sous la couverture a été utilisé comme voirie urbaine. Un système d’alerte performant, permet d’interrompre la circulation en cas d’annonce de crue quand le débit annoncé dépasse la capacité des trémies réservées au fleuve. La trémie routière devient alors disponible pour la crue. doc: http://dv83.blogemploi.com/

dangereux si… exemple 3 : Paillon à Nice (suite) les outils de l’ingénieur pour le risque : 1. prévision et prédétermination dangereux si… exemple 3 : Paillon à Nice (suite) maintenant : « tourner le dos à la rivière » lit couvert partagé avec la circulation routière (1/4) + service d’annonce doc. Nice-Matin, 6/12/05 3 décembre 2005 : - travaux en entrée de la section couverte (2,3), section réduite (1) - mais Q alerte inchangé  envahissement de la trémie routière (5) par la crue Crues éclair méditerranéennes. Cette système d’alerte performant n’a pas été mis à jour à l’occasion des travaux (modification de la capacité d’écoulement des trémies réservées à l’écoulement).

les outils de l’ingénieur pour le risque : 1 les outils de l’ingénieur pour le risque : 1. prévision et prédétermination Prédétermination : à quoi ça sert ? donner un probabilité à l’aléa dimensionnement d’un aménagement, d’une protection notion d’objectif calcul des impacts aussi pour le calcul de la ressource étiages, sècheresse voir cours n°6 le temps de retour moyen: une notion délicate pour les non-spécialistes et le public « La Grande Inondation » raconte avec précision ce qui se passera lors de la prochaine grande crue de la Seine à Paris. En effet, ce scénario catastrophe qui a eu lieu en 1910 devrait se reproduire dans les années à venir sans que personne ne puisse prédire la date exacte. Risques: On doit rapprocher la « durée de vie » d’un investissement/équipement et la probabilité d’occurrence des aléas qui le menacent. Aménagement : Ne pas sur-dimensionner. Ne pas sous-dimensionner : fragilité, mise hors service trop fréquente. Rentabilité de l’investissement : exemple : production électrique attendue. Impacts : évaluer la réaction du milieu (écologie, morphologie par exemple). http://video.google.com/videoplay?docid=-4005385001181726431

les outils de l’ingénieur pour le risque : 2. les modèles utilisés pour (annonce) calcul de l’aléa – cartes de risque mise au point d’aménagements et étude des impacts les différents types de modèles modèle analogique et numériques modèles et systèmes de modélisation naïfs, corrélatifs et déterministes les modèles numériques déterministes : une schématisation exemple : représentation du lit majeur et cartographie du risque que sait-on mal faire ? Omniprésents dans l’étude des inondations. Le mot recouvre des méthodes très différentes. Dangereux parce qu’il permet de répondre aux questions posées sans forcément les compétences sur les processus. Les meilleurs modèles sont-ils ceux qui ont la meilleure interface utilisateur (nintendo-hydraulics, idiot-proof) ? Les meilleurs modèles sont-ils ceux qui permettent la meilleure communication ?

différents types de modèles : analogiques et numériques à chaque problème son outil modélisation physique ou analogique phénomènes tridimensionnels communication contraintes d’échelle, lois de similitude, distorsion temps options multiples coûteuses dérive « maquettiste » modélisation numérique mise en œuvre facile hydrodynamique : 1D, 2D, 3D (?) sédimento ? couplages Ne pas opposer les deux types d’outils. des outils complémentaires des métiers qui demandent des compétences et une expérience

DQAV DQAM exemple : Basses Vallées Angevines différents types de modèles numériques : naïfs, corrélatifs et déterministes exemple : Basses Vallées Angevines 1 : modèle naïf de propagation 2 : + modèle corrélatif (écrêtement) 1 et 2 supposent l’invariance du système 3 : modèle déterministe un « bassin » représentation de la rivière et du lit majeur coûteux, mais usage prospectif Mayenne Sarthe Loir av : Montjean am Oudon Loire DQAM DQAV Développé par Marc Erlich dans « Mise en place des systèmes opérationnels d’annonce et de prévision des crues : aspects légaux, techniques et de communication » 3

les outils de l’ingénieur pour le risque : 2. les modèles simulation numérique déterministe résolution des équations de l’écoulement (BSV) sur des tronçons fluviaux comportement des ouvrages systèmes de modélisation commercialisés limites la schématisation le budget des études les données disponibles pour la validation exemple : modélisation d’un écoulement dans un lit composé

2. les modèles : que sait-on mal faire ? L’écoulement au voisinage du régime critique forts gradients ressaut érosions Les singularités détail en 1D singularités décrites (?) Le lit majeur végétation vitesse d’écoulement en 1D tourbillons en 2D zones urbanisées se passer de l’expert hydraulicien schématisation et validation cartographie automatique Se passer de données Construction du modèle Réglage et validation se passer de modèles ?

les outils… : 3. cartographie du risque PPRI Isere amont, doc. DDE38 comment sont élaborées les cartes de risque ? sans modélisation événement observé, topographie expertise, paléo-hydraulique simulation numérique crues de référence CL de référence Q100 conditions de la crue historique des difficultés et des pièges…

Ici: bravo ! mais souvent : les outils de l’ingénieur pour le risque : 3. cartographie du risque : les pièges # 1 : Andreas Götz (OFEV) / congrès sur les catastrophes naturelles organisé par l'Association Suisse d'Assurances ASA, 31 mars 2006) http://www.bafu.admin.ch/naturgefahren/01923/01954/ Ici: bravo ! mais souvent : # 1 : On cartographie ce que l’on a observé (et parfois tenté de modéliser)

# 2 : Une modélisation inadaptée les outils de l’ingénieur pour le risque : 3. cartographie du risque : les pièges # 2 : Une modélisation inadaptée Calcul permanent souvent insuffisant Ne reproduit pas les effets dynamiques Importance de l’écrêtement dans les crues rapides Un modèle 1D ne reproduit pas les inondations complexes Adapter l’échelle de la représentation à l’échelle des phénomènes Exemple : les modèles de la Loire inondations par remontée de nappe érosion et dépôts solides Particulièrement importants pour les crues torrentielles

# 3 : Cartographie automatique les outils de l’ingénieur pour le risque : 3. cartographie du risque : les pièges # 3 : Cartographie automatique Croisement d’une surface inondée avec une surface topographique Interpolation délicate entre les points de calcul Exemple : digues Cohérence avec la schématisation ? Contrôle a posteriori souvent négligé

# 4 : Représenter de manière homogène différents risques les outils de l’ingénieur pour le risque : 3. cartographie du risque : les pièges # 4 : Représenter de manière homogène différents risques PPRI Isere amont, doc. DDE38 quartier des Chenevières, août 2005

http://www.isere.pref.gouv.fr commune de Domène novembre 2005

les outils de l’ingénieur pour le risque : 3 les outils de l’ingénieur pour le risque : 3. cartographie du risque : les pièges # 5 : Être cohérent dans la représentation avec ce que l’on a déterminé exemple : la vitesse d’écoulement 1D et casiers 2D-H tourbillons ? zones de survitesse (ex pertuis) ? Le calcul des vitesses d’écoulement dans le lit majeur est une exigence des études de risque d’inondation. Les modèles permettent-ils un calcul satisfaisant de ce paramètre ? Modèle maillés, modèle à casier:A moins de détailler fortement le maillage, la connaissance (et le tracé) de valeurs de vitesse dans le lit majeur introduit une grande dose d’expertise. Rappel : on ne voit pas plus précis que ce qu’on a rentré dans le modèle. On ne verra pas non plus les survitesses locales (sauf dans un modèle bidim extrêmement détaillé). Les modèles bidim ne permettent pas de représenter correctement les « tourbillons ».

les outils de l’ingénieur pour le risque : 3 les outils de l’ingénieur pour le risque : 3. cartographie du risque : les pièges # 5 : Être cohérent dans la représentation avec ce que l’on a déterminé zonage trop précis, incertitudes En zone rouge (danger élevé), la construction est totalement interdite. En zone bleue (danger moyen), la construction est autorisée moyennant certaines exigences. En zone jaune (danger faible), la construction est généralement possible sans réserve. Ces périmètres peuvent être touchés par des événements d'intensité faible ou par des événements rares mais de grande ampleur. C'est pourquoi aucun bâtiment sensible avec une concentration de personnes (p. ex. école) ne devrait être construit dans cette zone. En zone jaune hachurée blanc, toute construction est en principe possible de manière générale sans devoir respecter d'exigences spéciales. Secteurs susceptibles d'être touchés par des phénomènes naturels dangereux, mais suivant une probabilité très faible. En France : une évolution récente et des progrès.

les outils de l’ingénieur pour le risque : 3. cartographie du risque différents outils règlementaires Plans Locaux d ’Urbanisme Plan d’Exposition aux Risques d’Inondation Loi sur l’eau, 1992 SDAGE : échelle du bassin SAGE : échelle de la rivière PPR, PPRI, 1995 documents informatifs sur les risques documents réglementaires, opposables, annexes des PLU peut-être pas vraiment à jour…