FloodScale Observation et modélisation hydro-météorologique multi-échelles pour la compréhension et la simulation des crues éclairs

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1 FloodScale Observation et modélisation hydro-météorologique multi-échelles pour la compréhension et la simulation des crues éclairs (01/01/ /12/2015) Site web : S é m i n a i r e A N R C h a n g e m e n t s E n v i r o n n e m e n t a u x m a r s

2 Consortium Projet porté par : Irstea Lyon-Villeurbanne, Unité de recherche Hydrologie-Hydraulique Coordination: Isabelle BRAUD Partenaires : Laboratoire d Etudes des Transferts en Hydrologie et Environnement (LTHE), Grenoble HydroSciences (HSM), Montpellier UMR Étude des Structures, des Processus d'adaptation et des Changements de l'espace (ESPACE), Nice Autres équipes et acteurs associés/contribuant au projet CNRM IMFT EDF Schapi, SPC Grand Delta Météo-France

3 Contexte et objectifs du projet Contexte sociétal Fort impact des épisodes de pluie intense pouvant donner lieu à des crues éclair mettant en péril les personnes et les biens Contexte scientifique Prévisibilité encore faible des épisodes de crues éclair; des questions sur leur évolution en contexte de changement climatique; des besoins pour mieux prendre en compte la variabilité spatiale de la pluie et des processus dans les outils opérationnels de prévision Des connaissances encore lacunaires sur les processus actifs durant ces épisodes, sur leur variabilité spatio-temporelle et sur leur modélisation à différentes échelles Des besoins de méthodologies pour simuler des bassins non jaugés et aborder la problématique du changement d échelle Objectifs du projet Mettre en place un dispositif d observations multi-échelles pour progresser sur la compréhension des processus actifs à différentes échelles d espace et de temps Proposer des outils de modélisation à différentes échelles: versant, bassins de quelques km 2 à km 2 Projet de 4 ans couvrant la période d observations renforcées d HyMeX (Hydrological Cycle in the Mediterranean Region; étude du cycle hydrologique et des extrêmes sur le bassin Méditerranéen)

4 Méthodologie: observation et modélisation multi-échelles

5 Etat d avancement Expérimentations multi-échelles mises en place selon calendrier prévu. Renfort radars météo en 2012, mais aussi 2013 et peut-être 2014 (MISTRALS) Une partie des chroniques en continu fournies à la BD-HyMeX ou bancarisée en local. Un stagiaire de 3 mois à venir pour les autres données (MNT lidar, cartes occ. Sol, campagnes infiltration, campagnes mesure de la teneur en eau des sols, description des sols) Un dispositif d alerte durant les automnes 2012 et 2013 efficace, grâce à des informations météo + modèles fournis par Météo-France sur le site du HyMex Operation Center + prévisions EDF et Schapi Campagne 2012 sans épisode majeur sur les bassins d étude mais a permis de tester et améliorer les protocoles. Plusieurs épisodes suivis néanmoins, bien complété par le dispositif en continu (ex: épisodes d Avril et Mai 2013) Un épisode important sur l Ardèche en 2013 bien anticipé et bien suivi (crue de temps de retour 20 ans sur la Volane à Vals 109 km 2 ) Premières analyses des données encourageantes et ayant déjà donné lieu à plusieurs publications, dont une présentant la stratégie d observation et de modélisation et les résultats de 2012 soumise à HESSD.

6 Braud et al., HESSD, 2014

7 Braud et al., HESSD, 2014

8 Braud et al., HESSD, 2014

9 Premiers résultats obtenus Echelle du versant: plusieurs transects instrumentés, une caractérisation des flux de sub-surface, le suivi géochimique de plusieurs épisodes et une caractérisation des différents flux. Confirmation des fonctionnements différents sur le Gard (ruissellement par saturation des sols et flux de sub-surface) et l Ardèche agricole (importance du ruissellement hortonien) Echelle du petit bassin: les réseaux sont en place, mise en évidence de signatures de réponse différentes selon la géologie, l occupation du sol; exploitation des données lidar pour l étude de l invariance d échelle; des premières tentatives de typologies de versants Echelle des bassins plus grands: des réanalyses de pluie combinant radar et pluvios déjà disponibles + leur incertitude; adaptation du simulateur de pluie stochastique à la prise en compte du relief; une démonstration de la pertinence de l approche sans contact proposée pour le jaugeage des rivières en crue Des premiers outils de modélisation en place à l échelle régionale (thèse O. Vannier, 2013) et une mise en évidence de l importance de prendre en compte les différences de géologie dans la modélisation et notamment les horizons altérés (stockage d eau, rôle tampon)

10 Echelle du versant: caractérisation des flux de sub-surface Manip du 14/03/13 suivi de l injection de traceur. Time lapse différence entre 2 ERT prises à différents instants 10 minutes après l injection du traceur vs 60 minutes de pluie Permet de voir le transfert vertical puis la composante horizontale du trajet du traceur. Explication de l absence du traceur dans P2 50 minutes après l injection du traceur vs 10 minutes après l injection du traceur C. Bouvier, P. Brunet et al. (HSM, ESPACE, EMA) 120 minutes après l injection du traceur vs 50 minutes après l injection du traceur

11 (a) (b) (c) Echelle du petit bassin (43 km 2 ) Suivi par réseau limnimétrique (d) (e)

12 Evolution multi-échelle de l humidité des sols durant l automne 2012 et lien avec la réponse hydrologique Braud et al., HESSD, 2014

13 Evolution multi-échelle de l humidité des sols durant l automne 2012 Source: Météo-France B. Vincendon, CNRM

14 Impact des jaugeages par station LS-PIV fixe et radar sur alerte sur la réduction des incertitudes sur les courbes de tarage Braud et al., HESSD, 2014

15 Perspectives Poursuite des suivis en continu jusqu à la fin du projet + période d alerte durant les automnes 2014 et 2015 Effort sur la documentation des données et leur mise à disposition Poursuite de l analyse des données qui seront certainement exploitées au-delà du projet (difficulté à mener de front la collecte, le contrôle et l analyse des données)

16 Dissémination et valorisation Valorisation académique 1 thèse soutenue, 3 en cours Articles dans revues internationales: 6 parus et 4 soumis + 2 dans des revues françaises 30 communications internationales Une douzaine de stages d étudiants Sites d étude support de stages de terrain d étudiants de l Université de Nice et de Grenoble Un projet de numéro spécial «Flash Floods» Valorisation auprès d acteurs opérationnels Méthode BaRatin de quantification des incertitudes sur les courbes de tarage diffusée auprès d opérationnels gérant des réseaux hydrométriques Interactions avec EDF, la CNR sur l hydrométrie, les incertitudes sur les courbes de tarage Travaux sur utilisation de vidéo-amateurs pour estimer les débits de crue soutenus par le Schapi Un projet d industrialisation des estimations de débits par analyse d images en cours Contacts avec Météo-France sur les protocoles réanalyses de pluie Des premiers contacts avec le Pôle Risques de PACA-LR pour l organisation d un séminaire de restitution auprès d acteurs ou d industriels fin 2015

17 Autres points Bonne dynamique du projet et de nombreux échanges entre partenaires; des séminaires sur des thèmes dédiés organisés; participations croisées à des comités de thèse Effet levier important du projet ANR pour obtenir des financements complémentaires Compléments de financement MISTRALS 2 bourses de thèse région + 1 bourse Université de Montpellier 2/Ecole des Mines 1 CDD CNRS niveau TR durant 3 ans Financements complémentaires Schapi sur l hydrométrie Financement internes Irstea sur projet d industrialisation LS-PIV

18 Merci pour votre attention

19 Modélisation: comparaison approches top-down et bottom-up Braud et al., HESSD, 2014