La modélisation hydraulique en pratique

Transcription

1 Des rivières et des hommes La modélisation hydraulique en pratique Les étapes de sa mise en œuvre Ses limites Dans le cadre de

2 Plan de la séance 1. Diagnostic hydraulique de la rivière Oldrich NAVRATIL Université Lyon 2 Les étapes de la modélisation 2. Choix du modèle et données d entrée 3. Calage et validation du modèle 4. Etude de sensibilité 5. Conclusion

3 Etape 1 : le diagnostic hydraulique préalable Oldrich NAVRATIL Université Lyon 2 Les étapes de la modélisation 1. Diagnostic 2.Données d entrée 3.Calage du modèle 4. Sensibilité 5. Conclusion Etat des lieux du fonctionnement hydraulique utilité / possibilité de développer un modèle choix du modèle (1D, 2D ) selon les moyens / données d entrée L Ardour 1 Modélisation de l Ardour 1D

4 Contenu du diagnostic un inventaire des données géologie cartes 2 photos aériennes relief

5 Contenu du diagnostic un inventaire des données données hydrologiques 3 Synthèse hydrologique au niveau d une station hydrométrique

6 Contenu du diagnostic un inventaire des données données d archive Données d archive pour des crues historiques sur le Rance 4

7 Contenu du diagnostic un inventaire des données les chemins de l eau réseau naturel 5 Bléone en crue

8 Contenu du diagnostic un inventaire des données les chemins de l eau réseau anthropique 6 Le Charbonnière

9 Contenu du diagnostic un inventaire des données les chemins de l eau zones de ruissellement 7 La Réunion, Saint Denis

10 Contenu du diagnostic un inventaire des données les chemins de l eau les ouvrages hydrauliques pont 8 Quimper, Décembre 2013

11 Contenu du diagnostic un inventaire des données les chemins de l eau les ouvrages hydrauliques seuil 9 Le Loir à Saint Maur

12 Contenu du diagnostic un inventaire des données les chemins de l eau les ouvrages hydrauliques embâcle 10 Exemple d embâcle sur la Cronce

13 Contenu du diagnostic un inventaire des données les chemins de l eau les ouvrages hydrauliques le transport de sédiment et la mobilité des formes alluviales signes d érosion? 11 L Olivet

14 Contenu du diagnostic un inventaire des données les chemins de l eau les ouvrages hydrauliques le transport de sédiment et la mobilité des formes alluviales une enquête de terrain laisses de crues Marque de crue sur un mur 12

15 Contenu du diagnostic un inventaire des données les chemins de l eau les ouvrages hydrauliques le transport de sédiment et la mobilité des formes alluviales une enquête de terrain laisses de crues Marque de crue historique de 1866 sur le Jargeau 13

16 Enjeux du diagnostic Que nous apporte ce diagnostic? une compréhension globale du fonctionnement hydraulique du site en étiage / en crue : répartition des débits directions des écoulements zones inondables des éléments de validation/critique des résultats des calculs hydrauliques

17 Etape 2 : choix du modèle/données d entrée Oldrich NAVRATIL Université Lyon 2 Les étapes de la modélisation 1. Diagnostic Choix du modèle (1D, 2D ) choix des données d entrée la topographie 2.Données d entrée 3.Calage du modèle 4. Sensibilité 5. Conclusion Suivi topographique de la Manicouagan,

18 Etape 2 : choix du modèle et collecte des données d entrée la topographie Deux exemples de réduction 1D d une même réalité : terrain sur la Loire 15

19 Etape 2 : choix du modèle et collecte des données d entrée la topographie LiDAR: Light Detection And Ranging Maillage TELEMAC 2D de la confluence Isle Dordogne 16

20 Etape 2 : choix du modèle et collecte des données d entrée la topographie les débits station hydrométrique études hydrologiques précision des données = forte incidence sur la précision des résultats Limnigraphe, mesure de son débit et prélèvement automatique, Thaïlande 17

21 Etape 2 : choix du modèle et collecte des données d entrée la topographie les débits Anophele sundaicus : moustique vecteur du paludisme Temps 18 Banlieue de Dakar, Sénégal, inondation 2005

22 Etape 2 : choix du modèle et collecte des données d entrée la topographie les débits conditions limites de hauteur d eau 21. Précipitation et niveau de la marée à Mumbai (Bombay) les 26 et 27/07/2005 Episode de Mousson, Mumbai (Bombay), juillet

23 Etape 2 : choix du modèle et collecte des données d entrée la topographie les débits conditions limites de hauteur d eau rugosité n ou K = paramètre de calage des modèles n ou K=? Source : Yves Zech

24 Etape 3 : calage et validation du modèle Oldrich NAVRATIL Université Lyon 2 Les étapes de la modélisation 1. Diagnostic 2.Données d entrée 3.Calage du modèle Qu est ce que caler un modèle? chercher la valeur d un paramètre calcul observation En hydraulique fluviale : coefficient de Manning «n» ou Strickler «K» ligne d eau modélisée observée 4. Sensibilité 5. Conclusion

25 Etape 3 : calage et validation du modèle Q = 2 m 3 /s Ardour à Folles, modélisation 1D ligne d eau mesurée ligne d eau modélisée

26 Les données de calage 22. Mesures hydrométriques, Ardour et Brévenne

27 Les données de calage 23. Laisses de crue dans la plaine alluviale

28 Les données de calage 24. Hydrogrammes de crue sur le bassin de la Vézère

29 Les données de calage 25. Crue de la Nam Ngum au nord de sa confluence avec le Mékong en aout 2008

30 Des données de calage en adéquation avec le modèle Adéquation entre complexité du modèle et quantité/qualité des données de calage Pour une modélisation 2D : champ de vitesses de surface : LSPIV* *LSPIV = Large Scale Particule Imagery Velocimetry 26. Large Scale PIV (LSPIV)

31 Des données de calage en adéquation avec le modèle Adéquation entre complexité du modèle et quantité/qualité des données de calage Pour une modélisation 2D : champ de vitesses de surface : LSPIV distribution des vitesses dans une section en travers : ADCP* *ADCP: Accoustic Doppler Current Profiler 27 Campagne hydrologique sur le fleuve Amazone avec un ADCP ADCP sur la Garonne, Emplois de l ADCP en rivière : une revue de synthèse

32 Quel sens donner alors à ce coefficient K de calage? Signification de n après calage : la rugosité de la rivière 28 Rivière en tresses des Duyes

33 Quel sens donner alors à ce coefficient K de calage? Signification de n après calage : la rugosité de la rivière les pertes de charge singulières 29 Voitures emportées par une inondation à Figanières, dans le Var, juin 2010

34 Quel sens donner alors à ce coefficient K de calage? Signification de n après calage : la rugosité de la rivière les pertes de charge singulières les incertitudes sur les données d entrée résolution des résultats précision Mesures hydrométriques, Ardour 30

35 Etape 4 : étude de sensibilité Oldrich NAVRATIL Université Lyon 2 Les étapes de la modélisation 1. Diagnostic 2.Données d entrée Tester la sensibilité d un modèle : faire varier les données d entrée autour d une valeur la plus probable étudier l impact de ces variations sur le résultat final 3.Calage du modèle 4. Sensibilité 5. Conclusion

36 Sensibilité à la hauteur à l aval Valeur H(aval) maximum probable pour un débit donné H(aval) maxi

37 Sensibilité à la hauteur à l aval Valeur H(aval) minimum probable pour un débit donné H(aval) mini

38 La prise en compte des incertitudes du modèle Enveloppe de résultats estimer la robustesse du modèle outil d aide à la décision H(aval)

39 Qualité du modèle Résultats corrects : écart entre lignes d eau modélisée et mesurée < 10 cm ligne d eau mesurée ligne d eau modélisée

40 Qualité du modèle Résultats corrects : écart entre lignes d eau modélisée et mesurée < 10 cm écart cm avec tendance de l écoulement restituée ligne d eau mesurée ligne d eau modélisée

41 Qualité du modèle Résultats corrects : écart entre lignes d eau modélisée et mesurée < 10 cm écart cm avec tendance de l écoulement restituée écart > 20 cm si cas particulier ligne d eau mesurée ligne d eau modélisée

42 Notions vues dans la séquence Oldrich NAVRATIL Université Lyon 2 Les étapes de la modélisation 1. Diagnostic 2.Données d entrée 3.Calage du modèle 4. Sensibilité modèle hydraulique : spécifique pour un projet donné diagnostic de terrain prise en compte de la réalité du site choix du bon modèle critique des résultats robustesse d un modèle qualité des données adéquation données/modèle test de sensibilité 5. Conclusion

43 Des rivières et des hommes Réalisation Avec le soutien de Réalisé avec le soutien financier de la Région Rhône Alpes dans le cadre du CEDES et de l UNR RA

44 Crédits photo 1. L Ardour, 5. Bléone en crue, 6. Le Charbonnière, 11. L Olivet, 28. Rivière en tresses des Duyes : O. Navratil 2. Cartes, photos aériennes, relief, géologie. Source : Géoportail, IGN 3. Synthèse hydrologique au niveau d une station hydrométrique. Source : Banque HYDRO, Eau France 4. Données d archive pour des crues historique sur la Rance. Source : AZEMA, JP, 1982 AQUADOC 7. La Réunion, Saint Denis : site DREAL 8. Quimper, Décembre 2013 : Ouest France 9. Le Loir à Saint Maur, 10. Exemple d embâcle sur la Cronce, 30. Mesures hydrométriques, Ardour : M B. Albert 12. Marque de crue sur un mur : EPAMA 13. Marque de crue historique de 1866 sur le Jargeau : Jargeau tourisme 14. Suivi topographique de la Manicouagan, 1919 : Bibliothèque et Archives nationales du Québec 15. Deux exemples de réduction 1D d une même réalité terrain sur la Loire : P. Belleudy 16. Maillage TELEMAC 2D de la confluence Isle Dordogne : P. Belleudy et Géoportail 17. Limnigraphe, mesure de son débit et prélèvement automatique, Thaïlande : IRD JL. Janeau

45 Crédits photo 18. Banlieue de Dakar, Sénegal, inondation 2005 : IRD S. Cheikh Anophele sundaicus : moustique vecteur du paludisme : IRD D. Michel 19. Episode de Mousson, Mumbai, juillet 2005 : Hitesh Ashar 20. Carte de Mumbai : Google map 21. Précipitation et niveau de la marée à Mumbai les 26 et 27/07/2005 Source : Chitale Report 2006, modifié par E. Ebdelblutte 22. Mesures hydrométriques, Ardour, et Brévenne : M B. Albert, O. Navratil 23. Laisses de crue dans la plaine alluviale : EPAMA 24. Hydrogrammes de crue sur le bassin de la Vézère : service de prévision des crues et d hydrométrie de la Dordogne ( 25. Crue de la Nam Ngum au nord de sa confluence avec le Mékong en aout 2008 : IRD Pierret, Alain Large Scale PIV (LSPIV), source : Campagne hydrologique sur le fleuve Amazone avec un ADCP : IRD Laraque, Alain ADCP sur la Garonne : Lecoz et al., Emplois de l ADCP en rivière : La Houille Blanche, n Des voitures emportées par une inondation à Figanières, dans le Var, juin 2010 ; source : BFMTV

46 Réalisation multimédia PerForm Grenoble INP Service Usages et Innovations Pédagogiques Université Lumière Lyon 2 DSI