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 20 mai 1999, Isère, doc.J-L.Peiry

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 avertissement !

rappel : le bassin versant exutoire t i hyétogramme hydrogramme illustrations : Musy

1. régimes hydrologiques : une variabilité naturelle débit journalier max mensuel 5 ans (F=0.8) médian passé min mensuel 5 ans (F=0.2) la Loire à Orléans (doc. Banque Hydro) c’est pour ça que les rivières sont belles ! la Loire à Orléans (doc. J-L Peiry)

1. régimes hydrologiques combinaisons des influences à l’aval des grands bassins exemple Rhône à Beaucaire (banque Hydro)

1. régimes hydrologiques : combinaisons des influences exemple Rhône océanique d’octobre à mars Saône, Rh.alpestre, Rh. supérieur, (Isère) méditerranéenne octobre, novembre… Alpes du sud, Cévennes, couloir rhodanien (… Saône, Ain) novembre 1994 : 9500m3/s, 25 ans Durance ! décembre 2003: 13000m3/s, 500ans (?) épisodes concomitants océanique + méditerranéen crues généralisées si forts cumuls antérieurs exemples : nov.1840, mai-juin 1856 pluies du 21/09 au 20/11/1994 pluies de janvier et février 1990 pluies de septembre et octobre 1993 Pour simplifier, 4 types de situations climatiques qui concernent les différents sous-bassins peuvent conduire à une crue du Rhône : 1. l'influence océanique. Les pluies d'automne, de printemps et d'hiver, reçues par le haut du bassin versant et les Alpes. Exemple : pluies de Jan.-Fév. de 1990. 2. l'influence méditerranéenne. Elle est plus tardive : pluies d'automne (Oct.-Nov.) dans les Alpes du Sud ou le massif central. Exemple : crue de Nov. 1994, et de Déc. 2003. 3. épisodes concomitants. Ce sont des épisodes issus de plusieurs types d'influences. Ils sont en général importants. Exemple : Octobre 1993 (méditerranéenne extensive), Novembre 1840, et Mai-Juin 1856.

1. régimes hydrologiques influencés exemple 1 : le Drac à Corps (990 km²) et à Fontaine (3550 km²) max mensuel 5 ans (F=0.8) débit journalier (1999) médian passé min mensuel 5 ans (F=0.2)

1. régimes hydrologiques influencés exemple 2 : Durance à Malemort

1. régimes hydrologiques influencés exemple 3 : à l’échelle pluri-mensuelle influence du champ d’inondation exemple Niger les barrages peuvent-ils écrêter les crues ? - soutenir les étiages ?

comment mesure-t-on le débit des rivières ?

crues et étiages : 2. hydrologie des extrêmes La Seine à Paris : étiage (Pont Marie) en 1943 pas de limites (des hauts débits) ! crue (Pont de l’Alma) en 1910 doc: http://www.cig.ensmp.fr/~hydro/

Pluies extrêmes mesurées dans le monde

prédétermination des débits de crue ne pas confondre avec la prévision et l’annonce annonce : voir cours 8 : « la propagation des crues » à quoi ça sert ? donner un probabilité à l’aléa calcul des impacts dimensionnement d’un aménagement, d’une protection notion d’objectif aussi pour le calcul de la ressource : étiages, sècheresse plusieurs problèmes d’ordre technique donc donner une probabilité / faire comprendre ce que cela veut dire établir les enjeux / fixer les objectifs 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).

prédétermination des débits de crue : à quoi ça sert ? échappera-t-on à une crue centennale ? Protection en années (temps de retour) : 2 10 100 1000 Probabilité annuelle au non dépassement: 50% 90% 99% 100% Défaillance en :   1 an 10% 1% 0.1% 2 ans 75% 19% 1.99% 0.2% 10 ans 99.9% 65% 20 ans 99.9999% 88% 18% 2% 50 ans 99.5% 39% 5% 100 ans 99.9973% 63% 200 ans 87% 1000 ans 99.9957% exemple : risque inondation à Grenoble niveau de la protection actuelle : Q10-Q15 estimation du coût d’une inondation Q2OO : 400-500 millions € (source SYMBHI) aménagements projetés : protection Q200 - coût : 73 M€ + entretien 7-11 M€

prédétermination des débits de crue : faire comprendre exemple : Paris 1910 http://www.paris.fr: « Pour prendre connaissance de la situation de votre lieu d'habitation, dans l'hypothèse d'une crue du type de celle de 1910, consultez le plan de votre arrondissement » Quai de Grenelle. Paris, janvier 1910. © Neurdein / Roger-Viollet 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

prédétermination des débits de crue quelle est la période d’observation nécessaire pour une analyse statistique valable ? 100 ans 20 ans accès simulateur de Philippe Bois

aperçu des méthodes statistiques petit rappel sur les lois de distribution densité de probabilité f fonction de répartition F exemple : nébulosité bimodale F croissante monotone répartition Gaussienne (loi normale) unimodale, symétrique, non bornée : ne convient pas aux débits ! log-normale action combinée d’un grand nombre de facteurs qui se multiplient loi de Fréchet loi de Gumbel 2 paramètres: amplitude dispersion f(x) F(x) médiane mode Emil Julius Gumbel (1891-1966)

la loi de Gumbel est bien adaptée aux crues log Pearson III Q (m3/s) Fréchet le Verdon à Quinson (1660 km²) Galton Gumbel Gauss temps de retour (années) 100 ans 1000 ans 10000 ans

ajustement (graphique) d’une loi de Gumbel densité de probabilité xQ max annuel échantillon N années (N grand!) classé en ordre croissant fonction de répartition F(Q)=Prob(crue de l’année <Q) 2 paramètres variable de Gumbel histogramme des 2000 valeurs d’une variable de Gumbel

ajustement (graphique) d’une loi de Gumbel ajustement d’une loi de Gumbel (méthode graphique) temps de retour moyen 100 ans 500 ans 1000 ans 50 ans papier GUMBEL

ajustement d’une loi de Gumbel Débit journalier Max annuel 100 ans 10 ans La Zorn 638 km2 GUMBELIEN intervalle de confiance (quantiles) 20 ans 50 ans Temps de retour

ajustement d’une loi de Gumbel Le Lot à Banassac 1160 km2 10 ans 100 ans Horsains (Outliers) Temps de retour des crues exceptionnelles dans un échantillon réduit

ajustement d’une loi de Gumbel La Dore à Tours sur Meymont 800 km2 10 ans 100 ans un autre phénomène pour les crues les plus fortes… méthode du GRADEX hypothèse : l’infiltration est invariante pour les pluies fortes relier les crues aux pluies à partir d’un certain temps de retour Sup Gumbel 20 ans 50 ans Temps de retour

prédétermination des crues : un exemple difficile l’Austreberthe affluent RD de la Seine (BV 211 km²) sélection des crues dont le débit de pointe dépasse 4m3s-1 (1968-1997) évolution du BV  non stationnarité des crues Données SEMA-DIREN Haute-Normandie http://www.environnement.gouv.fr/Haute-Normandie/etudes/plaquetteaustreberthe.pdf>

le Rhône : des crues plus fréquentes ? 9 décembre 2003 les 16 plus gros débits depuis 1855 novembre 2002, janvier 1994 octobre 1993 laisses de crues à la prise d’eau de Petit-Argence (Petit-Rhône) d’après données : http://www.cnr.tm.fr/media_dynamique/synthese%20crue%20decembre%202003.doc

biblio entretenir la mémoire des crues glossaires d’hydrologie http://www.eaufrance.fr/glossaire.php3?id_rubrique=160 http://www.cig.ensmp.fr/~hubert/glu/aglo.htm (multilingue) hydrologie statistique polycop ENPC/ Jacques Miquel http://www.enpc.fr/cereve/HomePages/gaume/courshydro /Hydro%20Stat%202001.PDF données hydrologiques banque hydro : http://www.hydro.eaufrance.fr/accueil.html Suisse : http://www.bwg.admin.ch/service/hydrolog/f/ entretenir la mémoire des crues Quissac (Gard), au bord du Vidourle