Hydrologie et risques naturels Flavie CERNESSON Eric SAUQUET Cemagref, Lyon

Variabilité hydrologique Crues Inondations Évènement de Novembre 2008 - Loire

variabilité hydrologique Saumur : pont Cessart

Variabilité à quel pas de temps ?

Variabilité interannuelle des précipitations Pluie annuelle - Cambridge Botanic Garden F 99/100 F 75/100 Moyenne 1900-1999 F 25/100 valeur dépassée approx. 99 fois sur 100 F 1/100 1921 Irrégularité des moyennes annuelles ; notion de chronique ; de fréquence au non dépassement

Variabilité interannuelle des précipitations Pluie annuelle (mm) - Montpellier 2003 1985 année

Variabilité interannuelle des écoulements Introduire la notion d’hydrogramme

Effets anthropiques sur les débits (I) Cycle hebdomadaire observé sur le Rhône en aval de la retenue de Pougny – Période 1970-1995 La ligne en trait continu indique la moyenne des débits (indépendamment du jour) 50 100 150 200 250 300 350 400 450 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Débit mensuel moyen (en m3/s) Observation Naturelle (Reconstitution) janv. fév. mars avril mai juin juil. août sept. oct. nov. déc. Moyenne des 12 valeurs mensuelles observées Moyenne des 12 valeurs mensuelles naturelles Débits mensuels moyens observés (influencés) et reconstitués (naturels) de l’Isère à Pont-Royal - Période 1977-1995 Influence des Grands Lacs de Seine sur les débits observés à Paris-Austerlitz (2001) Source IRBS

Effets anthropiques sur les débits (II) 6000 2 Ste Croix Ste Croix ) 3 (Verdon) (Verdon) 5000 Mt Cenis (Arc) Mt Cenis (Arc) 4 767 hm 767 hm 3 3 372 hm 372 hm 3 3 4000 3 Vouglans (Ain) 592 hm 2 3 Volume total des retenues (hm 3000 3 Serre Serre - - Ponçon Ponçon 2000 (Durance) (Durance) 1 1 1270 hm 1270 hm 3 3 1000 4 1900 1925 1950 1975 2000 Rhône et affluents Aménagements Rhône (France) D’après Sauquet, E. & M. Haond (2003). Examen de la stationnarité des écoulements du Rhône en lien avec la variabilité climatique et les actions humaines. Colloque Barrages et développement durable en France, Paris (FRANCE), 18-19 nov. 2003

Effets anthropiques sur les débits (III) Écoulement - 1985 10 % : Durance  Rhône 90 % : canal usinier EDF  étang de Berre SDAGE 2009 Durance  Rhône : Module : 195 m3/s – QMNA5 : 30-40 m3/s canal usinier EDF  étang de Berre 250 m3/s Autres sorties : 103 m3/s

Effets anthropiques sur les débits (III) Bassin Isère amont SDAGE - 2009 http://sierm.eaurmc.fr/sdage/documents/A12_2.pdf

Classification de Pardé - 1933 Régime glaciaire Hautes eaux en juillet-août (fonte du glacier) Basses eaux en hiver (écoulement bloqué par le gel) Particularités : en été, variations diurnes importantes imposées par le cycle journalier de la température Classification de Pardé - 1933 Régime pluvial océanique Hautes eaux en saison froide (janvier à mars) Basses eaux en saison chaude (juillet à septembre) Particularités : influence majeure des pluies d’hiver et de l’évaporation estivale. Régime nival Hautes eaux de mai à juillet (fonte de la neige) Basses eaux en hiver (rétention de l'eau sous forme de neige) Régime pluvial méditerranéen Hautes eaux en hiver Basses eaux en saison chaude (juillet à septembre) Particularités : - très nerveux : grande variabilité des débits d'un jour à l'autre - étiages très sévères en été avec parfois des rivières à sec - fortes crues en automne

Les débits mensuels et régimes hydrologiques associés 1 - Arve @ CHAMONIX-MONT-BLANC 0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Mois Débit mensuel moyen (m /s) 2 - Neste Rioumajou @ TRAMEZAYGUES 0.00 1.50 3.00 4.50 6.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Mois Débit mensuel moyen (m /s) 3 - Braye @ VALENNES 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Mois Débit mensuel moyen (m /s) 4 - Gardon de Mialet @ GENERARGUES 0.0 3.0 6.0 9.0 12.0 15.0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Mois Débit mensuel moyen (m /s) 5 - Rhône @ BEAUCAIRE 500 1000 1500 2000 2500 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Mois Débit mensuel moyen (m /s)

Crues et inondations

Les crues Se définissent comme « augmentation brutale et notable du débit » Répercutions sur les agglomérations en bordure de cours d'eau, les terres agricoles en fond de vallée, la vie aquatique… Deux approches : Prévision (+/- déterministe, gestion de court terme) & Prédétermination (probabiliste, gestion de moyen à long terme) Comment décrire une crue ?

Genèse des crues

Durées caractéristiques de crue temps Qmax ts débit Qmax/2 Comme nous venons de le voir, la notion de durée est indispensable dans la description du régime des crues. C’est pourquoi de nombreuses durées ont été définies par les hydrologues. Les définitions suivantes sont issues de Roche (1963). Les temps caractéristiques définis ci-dessous sont tous relatifs à un événement de crue. Ce sont des ordres de grandeurs, plutôt que des valeurs calculables avec précision. En effet, leur définition fait référence à une représentation très simplifiée de la transformation pluie-débit (en particulier les écoulements sont supposés être majoritairement des "ruissellements"). Temps de réponse : Le temps de réponse est l’intervalle de temps qui sépare le centre de gravité de la pluie efficace de la pointe de l’hydrogramme. Temps de montée : Il s’agit de la durée écoulée entre le début de l’arrivée à l’exutoire du « ruissellement » et le maximum de l’hydrogramme. Temps de base : Le temps de base (ou durée de « ruissellement ») est la longueur sur l’abscisse de la base de l’hydrogramme de ruissellement. Temps de concentration : Le temps de concentration est la durée que met une particule d’eau provenant de la partie du bassin hydrauliquement la plus éloignée de l’exutoire. On peut l’estimer en mesurant la durée comprise entre la fin de la pluie efficace et la fin du ruissellement. Il s’agit maintenant de définir une durée caractérisant non plus un seul événement comme cela a été présenté ci-dessus, mais la dynamique de crue, caractéristique de l'ensemble des événements possibles. Pour ce faire, le Cemagref (CTGREF, 1980) propose dans un premier temps de calculer pour chaque hydrogramme de crue, la durée ts pendant laquelle le débit dépasse la moitié du débit de pointe Qs  (Figure 1‑16). L'intérêt de la définition de cette durée ts est de reposer sur un critère objectif et reproductible pour chaque hydrologue, à l'inverse des durées précédentes (§ 3.2.1) qui nécessitent un choix subjectif du début et de la fin de la crue Les temps caractéristiques sont tous relatifs à un événement de crue On accède à des ordres de grandeur, plutôt que des valeurs précises (difficulté d’apprécier les différentes composantes de la transformation pluie-débit et choix subjectif du début et de la fin de la crue) Le Cemagref (CTGREF, 1980) propose de calculer pour chaque hydrogramme de crue, la durée ts pendant laquelle le débit dépasse la moitié du débit de pointe Qmax Intérêt : repose sur un critère objectif et reproductible

Inondations Une inondation est la submersion d'une zone (rapide ou lente) qui peuvent être provoquées de plusieurs façons par des pluies importantes en durée et (ou) en intensité

01/11/08 6h-TU 02/11/08 6h-TU cumul radar – antilope SCHAPI

Données observées

Hauteurs maximales observées ou prévues – CP 3/11/2008 Nevers : pic maximum : 6 novembre vers 6H - 1950 m3/s et une cote à 3.52 m environ

Loire Début Novembre 2008

Loire Début Novembre 2008

Conditions initiales

Conditions initiales

Conditions initiales