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samedi 13 juillet 2024

Courantomètre (HU)
Bernard Chocat :

''Traduction anglaise : current meter''

''article en chantier''

Dernière mise à jour : 27/07/2024

Appareil permettant le mesurage d’une vitesse locale au sein d’un écoulement ; les [[Vélocimètre (HU)|vélocimètres]] de ce type sont généralement portables et mis en œuvre pour des opérations de [[Jaugeage (HU)|jaugeage]] permettant par exemple d'établir une [[Courbe de tarage (HU)|courbe de tarage]] dans une section de contrôle ou de calibrer d'un autre type de vélocimètre.

==Différents types de courantomètres==

Les courantomètres utilisent différents principes physiques :
* l'existence d'une relation entre la vitesse et l'énergie mécanique de l'écoulement : moulinet hydrométrique ;
* le différentiel entre la pression statique et la pression dynamique : tube de Pitot ;
* le principe de Faraday : courantomètre électromagnétique ;
* l'effet Doppler : sonde laser, radar ou autre à effet Doppler.

Les différents types d'appareil sont rapidement décrits dans les paragraphes suivants, avec, pour certains, un renvoi vers un article spécifique proposant une description plus détaillée.

===Moulinet hydrométrique===

Un moulinet hydrométrique est composé d’une hélice mobile fixée au bout d'une tige et que l'on plonge dans l'écoulement. La vitesse de rotation de l'hélice est reliée à la vitesse de l’eau dans son voisinage (''Figure 1''). La vitesse de rotation de l’hélice est mesurée grâce à un compteur à impulsions, électrique, magnétique ou optique selon les modèles. Les formes de l’hélice et de son support sont étudiées pour perturber le moins possible l’écoulement et en particulier pour éviter de modifier la vitesse que l'on souhaite mesurer. Les moulinets font l'objet de la [https://www.boutique.afnor.org/fr-fr/norme/iso-25372007/hydrometrie-moulinets-a-element-rotatif/xs019436/113637 norme NF ISO 2537-2007] qui définit en particulier les modalités de leur étalonnage.

[[File:vélocimètre_moulinet_jlbk1.PNG|600px|center|thumb|''Figure 1 : schéma de principe d'un moulinet à hélice ; Source : Bertrand-Krajewski ''et al.'' (2008).'']]

Il existe différents types d'appareils, plus ou moins lourds et donc plus ou moins susceptibles de perturber l'écoulement (saumon, micro-moulinet, etc.)

Pour en savoir plus : [[Moulinet (HU)]].

===Tube de Pitot===

La charge spécifique totale d’un écoulement s'exprime traditionnellement en hauteur d'eau de la façon suivante (relation (1)).

$H_S = \frac{V^2}{2.g}+\frac{p}{ρ.g} \qquad (1)$

$H_{ST} = \frac{p}{ρ.g} \qquad (2)$

Avec :
* $H_S$ : charge spécifique totale (m) ;
* $H_{ST}$ : charge spécifique statique (m) ;
* $V$ : vitesse locale de l'écoulement (m/s) ;
* $p$ : pression (Pa ou N/m²) (nota : en général, on ne tient pas compte de la pression atmosphérique et on raisonne en pression relative en considérant une pression nulle en surface) ;
* $ρ$ : masse volumique (kg/m³) ;
* $g$ : accélération de la pesanteur (m/s²).

Un tube de Pitot (''figure 2'') mesure en un même point la charge spécifique totale et la charge spécifique statique.

[[File:courantomètre_tube_pitot.PNG|600px|center|thumb|''Figure 2 : Principe du mesure de la vitesse par un tube de Pitot''.]]

La valeur du différentiel de pression ( $H_S-H_{ST}$ ) par un manomètre différentiel donne donc accès directement à la valeur de la vitesse (relation (3)) :

$V = \sqrt{2.g.(H_S-H_{ST})} \qquad (3)$

===Courantomètre électromagnétique===

Les courantomètres électromagnétiques reposent sur le principe qu'un liquide conducteur traversant un champ magnétique crée une différence de potentiel proportionnelle à la vitesse d'écoulement. Les appareils de ce type utilisent donc un champ magnétique d'intensité constante, généré par une bobine intégrée dans l'appareil. La tension produite est mesurée par deux électrodes également moulées dans la sonde.

Comme indiquée, cette tension est proportionnelle à la vitesse de déplacement du fluide conducteur, mais également à la puissance du champ magnétique et à la distance séparant les électrodes, ce qui permet d'ajuster la sensibilité (voir relation (4)).

$E = K.H_m.L.V_m \qquad (4)$

Avec :
* $V_m$ : Vitesse mesurée (m/s) ;
* $E$ : Différence de potentiel mesurée aux électrodes (V) ;
* $H_m$ : Intensité du champ magnétique (T) ;
* $L$ : Distance entre les électrodes (m) (généralement égale au diamètre $D_c$ de la conduite) ;
* $K$ : coefficient de proportionnalité (sans dimension, théoriquement égal à 1).

La sonde, à laquelle on donne une forme hydrodynamique pour perturber le moins possible l'écoulement, est de taille réduite (quelques centimètres de diamètre et une dizaine de cm de longueur). Pour effectuer les mesures, on la fixe à l'extrémité d'une tige graduée qui permet de connaître sa profondeur dans l'écoulement (''figure 3'').

[[File:courantomètre_electromagnetique.png|400px|center|thumb|''Figure 3 : Exemple de courantomètre électromagnétique portable ; Source : https://www.valeportwater.co.uk/content/uploads/2021/06/Valeport-Model-801-EM-Flowmeter-Datasheet_FR.pdf'']]

===Sonde à effet Doppler===

Il s'agit de l'adaptation, récente en hydrologie, d'une technologie utilisée dans d'autres domaines (par exemple mesurage de la vitesse des gaz, par ensemencement en particules, ou mesurage de la vitesse d'un flux sanguin, par suivi des globules rouges). Le principe consiste à utiliser un faisceau très étroit (faisceau laser) et de très petite longueur d'onde (rayonnement infrarouge) produit par une sonde placée au dessus de l'écoulement. Ce type de rayonnement, très énergétique, peut pénétrer dans la veine liquide et se réfléchir dès qu'il rencontre une particule ou une bulle d'air. La sonde se met alors en mode réception et mesure le temps mis pour effectuer le trajet aller-retour ainsi que le décalage en fréquence entre l'onde émise et l’onde réfléchie. Il en déduit la vitesse locale de l'écoulement qu'il associe à la position et à la vitesse de la particule au point de mesure.

Ce faisceau peut être focalisé dans une direction précise pour mesurer la vitesse des particules à différentes distances (donc à différentes profondeurs si l'on connaît la hauteur d'eau), ce qui permet de reconstituer le profil en travers des vitesses ou de déterminer des grandeurs spécifiques comme, par exemple, la vitesse maximum (''figure 4''). Le capteur est placé au dessus de l'écoulement qu'il ne perturbe donc pas.

Cette technique de mesurage admet également comme hypothèse fondamentale que les particules ou les bulles d’air se déplacent avec la même vitesse que l'eau.

[[File:velocimètre_doppler_laserflow.PNG|800px|center|thumb|''Figure 4 : Différentes possibilités d'utilisation d'un vélocimètre laser à effet Doppler ; Source : https://igz.ch/wp-content/uploads/laserflow-brochure-datasheets-low-res.pdf'']]

===Éléments de synthèse===

* moulinet hydrométrique : dispositif intrusif, surtout utilisé pour les cours d'eau ;
* courantomètre électromagnétique : dispositif intrusif, utilisable aussi en réseau ;
* sondes laser à effet Doppler : dispositif non intrusif, utilisable en réseau ou pour les cours d'eau.

==Calcul d'une vitesse moyenne==

La connaissance du champ de vitesse a généralement pour but de calculer la [[Vitesse d'un écoulement (HU)|vitesse moyenne de l'écoulement]] (parfois appelée vitesse débitante) et/ou le [[Débit (HU)|débit]]. Le fait de disposer de mesures réparties dans la section permet de calculer directement l'une ou l'autre de ces grandeurs par intégration numérique sur la [[Section mouillée (HU)|section mouillée]] puis d'en déduire facilement la seconde (voir § "Calcul de la vitesse moyenne à partir des vitesses locales").

===Difficulté de l'opération===

===Choix d'un maillage de la section===

[[File:courantomètre_maillage_shapi.PNG|600px|center|thumb|''Figure : Principe du maillage d'une section de cours d'eau : mesure à 3 points par verticale ; Source : Ministère chargé de l’Environnement (2017).'']]

[[File:courantomètre_maillage_jlbk.PNG|600px|center|thumb|''Figure : Principe du maillage de différentes formes de conduite ; Source : Bertrand-Krajewski ''et al.'' (2008)'']]

===Calcul de la vitesse moyenne à partir des vitesses locales===

Pour en savoir plus :
* Bernard M. (coordinatrice) (2019) : Guide d’échantillonnage à des fins d’analyses environnementales ; cahier 7 : Méthodes de mesure du débit ; Centre d’expertise en analyse environnementale du Québec ; 321p. ; disponible sur https://www.ceaeq.gouv.qc.ca/documents/publications/echantillonnage/debit_conduit_ouvc7.pdf.
* Bertrand-Krajewski, J.-L., Laplace, D., Joannis, C., Chebbo, G. (2008) : Mesures en hydrologie urbaine et assainissement ; ed. tec et Doc, Lavoisier, Paris ; 292p. (épuisé).
* Ministère chargé de l’Environnement (2017) : Charte qualité de l’hydrométrie, Guide de bonnes pratiques, janvier 2017, 82 p. ; disponible sur https://www.eaufrance.fr/sites/default/files/documents/pdf/Schapi_Charte_hydro_P01-84_BasseDefinition_5Mo_.pdf

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
[[Catégorie:Hydrométrie_et_débitmétrie_(HU)]]

mercredi 3 juillet 2024

GIEP (HU)
Bernard Chocat :

Sigle pour [[Gestion intégrée des eaux pluviales / GIEP (HU)|Gestion Intégrée des Eaux Pluviales]] (on utilise également GIEPU, le U représentant le terme Urbaines).

Voir [[Solutions de gestion durable des eaux pluviales urbaines (HU)]].

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
[[Catégorie:Les_eaux_pluviales_et_la_ville_(HU)]]
[[Catégorie:Solutions_alternatives_et_compensatoires_(HU)]]

mardi 2 juillet 2024

Vélocimètre (HU)
Bernard Chocat : /* Autres dispositifs */

''Traduction anglaise : velocimeter''

Dernière mise à jour : 26/07/2024

''Mot en chantier''

Appareil destiné au mesurage de la vitesse ; en hydrologie on s'intéresse spécifiquement au mesurage de la [[Vitesse d'un écoulement (HU)|vitesse des écoulements]] dans les cours d'eau et dans les réseaux d'assainissement, généralement pour estimer une valeur de débit (voir [[Débitmétrie (HU)]])

==Différents types de mesurages de la vitesse==

On sait depuis longtemps que la vitesse des filets liquides n'est pas la même en tout point d'une section en travers d'un écoulement (''figure 1'').

[[File:débitmètre_encyclo2.PNG|600px|center|thumb|''Figure 1 : Distribution type des vitesses mesurée par Henry Bazin dans un canal rectangulaire ; Source : Nordon (1991).'']]

Or, les principes susceptibles d'être mis en œuvre pour le [[Mesurage (HU)|mesurage]] des vitesses sont très divers ; donc, selon le principe utilisé, le [[Mesurande (HU)|mesurande]] (c'est à dire la grandeur effectivement mesurée) sera différent. Par exemple :
* un mesurage effectué avec un [[Moulinet (HU)|moulinet hydrométrique]] ou un autre type de [[Courantomètre (HU)|courantomètre]] fournira une valeur locale de vitesse des filets liquides ;
* le mesurage d'un temps de transit par des sondes à ultrasons fournira une valeur moyenne sur une corde, correspondant à l'intégration des valeurs locales de vitesses sur le trajet suivi par le train d'ondes ;
* l'utilisation d'un vélocimètre immergé à effet Doppler fournira une valeur moyenne de vitesse sur une surface, correspondant à une intégration des valeurs locales sur une partie de la [[Section mouillée (HU)|section mouillée]] ;
* l’utilisation d’un vélocimètre aérien sans contact, radar ou laser, fournira une valeur de vitesse en surface de l’écoulement qui s’approche d’une valeur de vitesse maximale ;
* etc.

Il est donc nécessaire de bien savoir, pour chaque type de technologie, ce que mesure effectivement le vélocimètre, de façon à traiter l'information de façon correcte pour en déduire la grandeur d'intérêt (par exemple une valeur moyenne de vitesse d'écoulement si l'on cherche à calculer un débit).

==Éléments d'historique==

Les premières mesures de vitesse semblent avoir été réalisées avant notre ère sur le fleuve jaune, à l’aide d’un cheval courant sur la berge à la même vitesse que le courant de surface que l’on suivait par des flotteurs dérivant au fil de la rivière (lallement, 2021). Les méthodes de mesurage de la vitesse des écoulements se sont longtemps limitées à l'utilisation de flotteurs de diverses natures qui ne donnaient que la vitesse en surface ou à son voisinage immédiat et il a fallu attendre la renaissance pour voir apparaître de nouveaux concepts.

Santorio (1561-1630) a inventé vers 1610 une "balance hydrométrique" pour mesurer la force exercée par le courant sur un obstacle placé au sein de l'écoulement. Ce type de dynamomètre a ensuite été perfectionné par P. Michelotti en 1767 pour permettre la mesure des vitesses à des hauteurs variables. Entre temps, Robert Hooke, inventeur anglais inspiré par la propulsion des bateaux par hélice, aurait proposé vers 1683 de mesurer la vitesse au moyen d'une hélice libre immergée. Mais il ne s'agissait encore que d'une idée sans réalisation concrète. Reprenant les travaux de Robert Hooke (et de Henry de Saumarez), Estavao Cabral (1786), puis Reinhardt Woltman (1790) mettent finalement au point le premier [[Moulinet (HU)|moulinet hydrométrique]].

Partant d'un principe différent, Henry de Pitot (1695-1771) invente le tube qui porte son nom : une "''machine pour mesurer la vitesse des eaux courantes et le sillage des vaisseaux''". Pour ceci, il installe deux tubes piézométriques perpendiculaires dans l'écoulement : le premier est parallèle au courant pour mesurer la pression totale, le deuxième est perpendiculaire au courant et mesure la pression statique. La vitesse de l'écoulement est alors directement proportionnelle à la racine carrée de la différence de pression. C’est avec ce dispositif en particulier que l’on effectuera des jaugeages sur la Seine à Paris lors de la grande crue de 1910 (lallement, 2021). Les moulinets hydrométriques resteront cependant le dispositif de référence pour la plupart des jaugeages, même s'ils commencent à être concurrencés par les courantomètres électromagnétiques vers les années 1950, en particulier pour les petits cours d'eau (Reméniéras et Hermant, 1954).

Ce n'est finalement qu'à la fin du XXème siècle que commencent à apparaître des appareils légers et capables de mesurer en continu la vitesse d'un écoulement. Les premiers dispositifs opérationnels sont des sondes à ultrasons, tirant parti de la différence de temps de transit d'une onde selon qu'elle va dans le même sens que l'écoulement ou en sens contraire. On développe ensuite des dispositifs à effet Doppler, soit immergés, soit hors d'eau, utilisant différentes longueurs d'onde. On adapte également aux écoulements à surface libre les vélocimètres électromagnétiques, développés pour les écoulements en charge.

Ce sont principalement ces différentes techniques qui vont être décrites dans les paragraphes suivants.

==Mesurage par moulinet hydrométrique==

===Principes de la méthode===

Un moulinet hydrométrique est composé d’une hélice mobile fixée au bout d'une tige et que l'on plonge dans l'écoulement. La vitesse de rotation de l'hélice est reliée à la vitesse de l’eau dans son voisinage (''Figure 2''). La vitesse de rotation de l’hélice est mesurée grâce à un compteur à impulsions, électrique, magnétique ou optique selon les modèles. Les formes de l’hélice et de son support sont étudiées pour perturber le moins possible l’écoulement et en particulier pour éviter de modifier la vitesse que l'on souhaite mesurer. Les moulinets font l'objet de la [https://www.boutique.afnor.org/fr-fr/norme/iso-25372007/hydrometrie-moulinets-a-element-rotatif/xs019436/113637 norme NF ISO 2537-2007] qui définit en particulier les modalités de leur étalonnage.

[[File:vélocimètre_moulinet_jlbk1.PNG|600px|center|thumb|''Figure 2 : schéma de principe d'un moulinet à hélice ; Source : Bertrand-Krajewski ''et al.'' (2008).'']]

Il existe différents types d'appareils, plus ou moins lourds et donc plus ou moins susceptibles de perturber l'écoulement (saumon, micro-moulinet, etc.) (''figure 3'').

[[File:moulinet.JPG|600px|center|thumb|''Figure 3 : Micromoulinet ; Source : [[Mesures de débit]]''.]]

===Calcul de la vitesse moyenne de l'écoulement à partir de la valeur mesurée===

La valeur mesurée par un moulinet est une valeur locale. En multipliant les mesures en différents points de l'écoulement il est donc possible d'établir des profils de vitesse et d'en déduire la valeur de la vitesse moyenne. Les principes mis en œuvre pour calculer cette valeur de vitesse moyenne à partir des différentes mesures locales sont présentés dans l'article [[Courantomètre (HU)|courantomètre]].

===Avantages et inconvénients===

Les moulinets sont principalement utilisés pour réaliser des [[Jaugeage (HU)|jaugeages]] et ainsi établir des [[Courbe de tarage (HU)|courbes de tarage]] pour des sections de contrôle en rivières. En hydrologie urbaine, et plus particulièrement en réseau d’assainissement, les moulinets sont plus difficiles à utiliser, d'une part en raison des divers objets et matières transportés par l’écoulement et susceptibles de bloquer l’hélice et d'autre part du fait des difficultés d'accès et du caractère intrusif et perturbateur du dispositif.

Pour en savoir plus : [[Moulinet (HU)]].

==Mesurage par courantomètre électromagnétique==

===Principes de la méthode===

Les courantomètres électromagnétiques reposent sur le principe qu'un liquide conducteur traversant un champ magnétique crée une différence de potentiel proportionnelle à la vitesse d'écoulement. Les appareils de ce type utilisent donc un champ magnétique d'intensité constante, généré par une bobine intégrée dans l'appareil. La tension produite est mesurée par deux électrodes également moulées dans la sonde.

Comme indiquée, cette tension est proportionnelle à la vitesse de déplacement du fluide conducteur, mais également à la puissance du champ magnétique et à la distance séparant les électrodes, ce qui permet d'ajuster la sensibilité (voir relation (4)).

La sonde, à laquelle on donne une forme hydrodynamique pour perturber le moins possible l'écoulement, est de taille réduite (quelques centimètres de diamètre et une dizaine de cm de longueur). Pour effectuer les mesures, on la fixe à l'extrémité d'une tige graduée qui permet de connaître sa profondeur dans l'écoulement (''figure 4'').

[[File:courantomètre_electromagnetique.png|400px|center|thumb|''Figure 4 : Exemple de courantomètre électromagnétique portable ; Source : https://www.valeportwater.co.uk/content/uploads/2021/06/Valeport-Model-801-EM-Flowmeter-Datasheet_FR.pdf'']]

===Calcul de la vitesse moyenne à partir des valeurs mesurées===

La valeur mesurée par un courantomètre est une valeur locale. En multipliant les mesures en différents points de l'écoulement il est donc possible d'établir des profils de vitesse et d'en déduire la valeur de la vitesse moyenne. Les principes mis en œuvre pour calculer cette valeur de vitesse moyenne à partir des différentes mesures locales sont présentés dans l'article [[Courantomètre (HU)|courantomètre]].

La plupart des dispositifs de ce type sont donc portables et mis en œuvre pour des opérations de [[Tarage (HU)|tarage]] ou de calibration d'un autre type de vélocimètre. Il est cependant possible d'utiliser des sondes fixes utilisant ce principe et positionnée au fond ou en paroi (voir le § ''Vélocimètre électromagnétique'').

===Avantages et inconvénients===

Ce type de sonde, peu intrusive du fait de sa petite taille et très légère (quelques centaines de grammes), est bien adaptée pour mesurer des champs de vitesse dans des conduites d'assainissement ou dans les petits cours d'eau. L'absence de pièces mobiles limite le risque de perturbations dues aux déchets transportés dans l'écoulement. L'eau pure étant un très mauvais conducteur, ce type de solution fonctionnera d'autant mieux que l'écoulement sera chargé en sel dissous.

L'étendue de mesure, variable selon les modèles, commence généralement à quelques cm/s et peut aller jusqu’à 6 à 10 m/s. Elle est généralement suffisante, sauf pour les écoulements très rapides. La précision est de l'ordre de 1% et l'étalonnage est très stable dans le temps. Le cycle de mesurage étant généralement inférieur à 1 seconde, la vitesse de poursuite est largement suffisante.

==Mesurage du temps de transit par des sondes à ultrasons==

===Principes de la méthode===

Le principe consiste à mesurer la différence de vitesse d'une onde ultrasonore selon qu'elle se déplace dans le sens de l'écoulement (dans ce cas la vitesse de l'eau s'ajoute à la vitesse de l'onde) ou en sens contraire (dans ce cas la vitesse de l'eau se retranche à la vitesse de l'onde). Pour ceci on place deux sondes face à face, alignées suivant une droite parallèle à la pente du fond et biaise par rapport à l’axe principal (''figure 5''). Ces sondes sont alternativement émettrices et réceptrices et on compare le temps mis par l'onde dans le sens amont-aval ( $t_1$ ) avec le temps mis par l'onde dans le sens aval-amont ( $t_2$ ). On désigne cette méthode sous le nom de "méthode du temps de transit" ou de "méthode du temps de vol".

[[File:velocimètre_corde_ultra_sonb.PNG|600px|center|thumb|''Figure 5 : Schéma de principe d'un dispositif de mesurage de la vitesse par ultrasons en utilisant la méthode du transit.'']]

Comme la distance est la même dans les deux sens, le temps de parcours est inversement proportionnel à la vitesse de transmission du signal. Connaissant la distance entre les deux sondes et l'angle $α$ entre la corde joignant les deux sondes et l'axe de l'écoulement, on peut donc facilement en déduire une vitesse moyenne de l'écoulement le long du trajet suivi par le train d'ondes, soit par la relation (1), soit par la relation (2).

$V = \frac{L}{2.\cosα}.\left[ \frac{1}{t_1}- \frac{1}{t_2}\right] \qquad (1)$

$V = \frac{L.Δt}{2.t_1.t_2.\cosα}\qquad (2)$

Avec :
* $V$ : vitesse moyenne de l'écoulement dans la direction moyenne de l’écoulement(m/s) ;
* $L$ : distance entre les deux sondes (m) ;
* $α$ : angle entre l'axe du train d'onde et la direction moyenne de l’écoulement, généralement parallèle aux bords de la conduite ou du canal :
* $t_1$ : temps mis par l'onde dans le sens amont-aval (s) ;
* $t_2$ : temps mis par l'onde dans le sens aval-amont (s) ;
* $Δt = t_2-t_1$ : différence de temps de transit entre les deux sens de propagation (m/s).

Il faut noter que ces relations ne font pas apparaitre de façon explicite la vitesse de propagation des ondes dans l'eau ; les valeurs de vitesse ainsi calculées sont donc en théorie indépendantes de cette vitesse de propagation, donc de la température de l'eau.

Cette méthode est décrite dans la norme [https://www.iso.org/fr/standard/62152.html NF ISO 6416-2017].

===Calcul de la vitesse moyenne de l'écoulement à partir de la valeur mesurée===

Comme indiqué précédemment, cette méthode fournit une valeur de vitesse moyenne de l'écoulement le long du trajet suivi par le train d'ondes. Ce mesurande n'est pas directement utile car il ne correspond seul à aucune valeur d'intérêt, et, en pratique, on essaye surtout d'utiliser cette information pour calculer la vitesse moyenne de l'écoulement dans une section droite.

Si les deux sondes sont bien installées à la même profondeur, la valeur mesurée intègre des valeurs de vitesses d'écoulement qui peuvent varier de l'amont vers l'aval (entre les deux sondes, ''figure 6''), mais également sur la section transversale à l'écoulement (''figure 7'')

[[File:velocimètre_corde_ultra_son2b.PNG|600px|center|thumb|''Figure 6 : Vitesses des filets liquides le long de la trajectoire suivie par le faisceau d'ondes.'']]

[[File:velocimètre_corde_ultra_son1b.PNG|600px|center|thumb|''Figure 7 : La distribution des vitesses dans une section droite de l'écoulement dépend de la profondeur et de la distance au bord ; selon la profondeur des sondes, les valeurs de vitesse des filets liquides traversés par le faisceau d'ondes sont différentes.'']]

On peut le plus souvent faire l'hypothèse que les profils en travers des vitesses sont voisins dans toutes les sections droites d'écoulement situés entre les deux sondes. En effet, les deux sondes sont généralement assez proches et on cherche à les installer sur une portion de bief sur laquelle l'écoulement reste sensiblement uniforme.

En revanche, les valeurs des vitesses varient, à une même profondeur, selon la position dans la section transversale et le rapport entre la moyenne des vitesses sur une corde et la moyenne des vitesses dans une section droite dépend de la profondeur de la corde (voir aussi ''figure 7''). La relation entre le mesurande et la valeur d'intérêt est donc compliquée et variable selon la hauteur d'eau dans la conduite ou le canal, et donc le débit.

D'autre part, pour obtenir une bonne relation, il serait souhaitable que la corde de mesure soit située juste sous la surface libre de façon à passer par la zone où la vitesse est maximum (''figure 7''). Mais il n'est pas possible de placer les sondes trop haut car sinon elles seraient hors d'eau pour les faibles débits.

Une solution possible consiste à installer plusieurs paires de sondes à différentes hauteurs de façon, d'une part à toujours avoir des sondes immergées, et, d'autre part, à calculer des vitesses moyennes transversales à différentes profondeurs. Cette solution, associée à une mesure de la hauteur d'eau est efficace mais nécessite des installations plus compliquées et plus couteuses.

===Avantages et inconvénients===

La méthode des temps de transit est une méthode ancienne et très bien maîtrisée. Les incertitudes sur le mesurande sont faibles, l'étendue de mesures couvre largement la variabilité des vitesses que l'on peut observer et la vitesse de poursuite est également largement suffisante.

Les principaux inconvénients de cette technique sont les suivants :
* incertitudes associées au calcul de la vitesse moyenne à partir de la vitesse mesurée sur une corde (voir § précédent) ;
* difficulté d'installation des sondes (surtout dans le grands collecteurs d'assainissement ou les cours d'eau), en particulier associée à la difficulté à bien aligner les sondes ;
* perte ou dispersion du signal en cas d'écoulement très chargé en [[Matières en suspension / MES (HU)|matières en suspension]] ou de la présence de bulles d'air ;
* risque de salissure des sondes lorsqu'elles ne sont pas immergées en permanence.

==Mesurage par effet Doppler==

Les vélocimètres à effet Doppler sont bien connus des automobilistes puisque c'est ce type de technologie qui est utilisé par les radars installés au bord des routes pour contrôler la vitesse des véhicules. Le principe de ce type de mesurage est assez simple : on envoie une onde de fréquence connue vers un objet en mouvement et on mesure la fréquence de l'onde retour qui s'est réfléchie sur l'objet. Celle-ci va être raccourcie ou augmentée selon que l'objet se rapproche ou s'éloigne de la sonde. La vitesse de l'objet est directement liée au décalage de fréquence entre l'onde émise et l'onde réfléchie.

En hydrologie, ce principe peut être utilisé de trois façons différentes, utilisant des longueurs d'onde (inverses de la fréquence) variées, pour mesurer la vitesse d'un écoulement :
* soit ce sont les particules en suspension ou les bulles d’air transportées par l’écoulement qui constituent les objets réfléchissants et on peut mettre en œuvre :
** soit une '''sonde ultrasonique''', le plus souvent immergée (''figure 8''),
** soit une '''sonde laser aérienne ''', émettant, généralement dans l'infra-rouge, un rayonnement très fin et suffisamment énergétique pour pénétrer dans le liquide (''figure 9'') ;
* soit on utilise la rugosité de la surface pour réfléchir le faisceau d'onde et on met en œuvre une '''sonde radar aérienne''' émettant des ondes radio de longueurs d'onde millimétriques ou centimétriques (''figure 10'').

[[File:Velocimètre_doppler_ultrason.PNG|600px|center|thumb|''Figure 8 : Principe général du mesurage de la vitesse d’écoulement par une sonde Doppler immergée à ultrasons.'']]

[[File:velocimètre_doppler_laser.PNG|600px|center|thumb|''Figure 9 : Principe général du mesurage de la vitesse d’écoulement par une sonde laser aérienne.'']]

[[File:velocimètre_doppler_radar.PNG|600px|center|thumb|''Figure 10 : Principe général du mesurage de la vitesse d’écoulement par une sonde radar aérienne.'']]

Ces trois solutions techniques sont présentées dans les § suivants.

===Mesurage par sonde ultrasons immergée===

====Principes de la méthode====

La sonde, qui fonctionne alternativement en émission puis en réception, est toujours immergée, généralement face à l'écoulement. Elle peut être fixée (voir ''figure 12'') :
* sur le radier de la conduite ou du canal, c'est le cas le plus fréquent ;
* sur la paroi, parfois juste au-dessus du radier, ou parfois beaucoup plus haut ;
* sur un dispositif flottant ; la mesure est alors faite à partir de la surface, voir ''figure 11'' et ''figure 15'' ainsi que le nota.

[[File:Velocimètre_doppler_ultrason_surface.PNG|600px|center|thumb|''Figure 11 : Les sondes Doppler à ultrasons peuvent être installées sur un dispositif flottant en surface.'']]

Nota : La solution de pose de la sonde sous flotteur a été testée à Marseille dès le milieu des années 1990 et a fait l'objet du dépôt d'un brevet à l’INPI (SERAM et Laplace, 1995).

La sonde émet une onde ultrasonore sinusoïdale, avec un angle généralement compris entre 30° et 45° par rapport à la direction de l’écoulement. Cette onde se propage en formant un cône qui définit le volume de mesure exploré, lequel dépend de la puissance et de la position de la sonde, de l'angle solide dans lequel le faisceau est émis, mais aussi de la charge en matières en suspension, etc. (voir ''figure 12'').

[[File:Velocimètre_doppler_ultrason_implantation.PNG|800px|center|thumb|''Figure 12 : Selon l'implantation de la sonde, le volume exploré à l'intérieur duquel on mesure le champ de vitesse est différent.'']]

L’onde ultrasonore est réfléchie vers le capteur, principalement par les particules en suspension ou les bulles d'air transportées dans l'écoulement (voir Nota 1). Or, la vitesse de l'écoulement varie dans une section transversale ; l'onde réfléchie va donc être décalée en fréquence de façon différente selon la position des particules qui l'ont réfléchie. De plus, l'eau et les particules absorbent et diffusent une partie de l'énergie, celle-ci diminue au fur et à mesure que l'on s'éloigne de la sonde (''figure 13'').

[[File:velocimètre_doppler_ultrasons_birgrand.PNG|800px|center|thumb|''Figure 13 : Vitesses des particules dans le volume exploré par le faisceau d'ultrasons ; Source : Birgand ''et al.'' (2005).'']]

L’information brute recueillie par le capteur se présente donc sous forme d’un spectre d’énergie reçue en fonction de la vitesse (en réalité de la fréquence) (''figure 14''). Cette information complexe nécessite un traitement numérique et statistique pour la rendre exploitable et la convertir en une valeur unique de vitesse. En effet, les spectres varient en fonction de très nombreux facteurs : débit, géométrie du collecteur, volume exploré, concentration en matières en suspension, granulométrie et répartition des matières en suspension, etc. Les diverses méthodes employées par les fabricants reposent sur des techniques d’analyse spectrale et de transformées de Fourier (Bertrand-Krajewski ''et al.'', 2008). Elles conduisent à un résultat qui peut être, selon les cas :
* la vitesse moyenne observée dans le volume de mesure ;
* la vitesse la plus fréquente observée dans le volume de mesure ;
* la vitesse maximale observée dans le volume de mesure.

[[File:velocimètre_doppler_ultrasons_jlbk1.PNG|600px|center|thumb|''Figure 14 : Forme idéalisée d’un spectre d’énergie reçue en fonction de la vitesse ; Source : Bertrand-Krajewski ''et al.'' (2008).'']]

Chaque fabricant a développé et mis au point une technique de traitement du signal, laquelle est généralement brevetée. De ce fait, elle n’est pas publiée ni expliquée en détail à l’utilisateur. Ce dernier est donc contraint de "faire confiance" au fabricant (Bertrand-Krajewski ''et al.'', 2008), ou, à défaut, de procéder lui-même à un étalonnage (voir § calcul de la vitesse moyenne à partir du mesurande).

Nota 1 : Cette technique de mesure admet donc comme hypothèse fondamentale que les particules ou les bulles d’air, qui constituent l'obstacle sur lequel se réfléchit le train d'ondes, se déplacent avec la même vitesse que l'eau.

Nota 2 : Il existe également des dispositifs fonctionnant sur le principe du Doppler pulsé. Dans ce cas le train d’ondes ultrasonores est émis sous la forme d'impulsions de durée courte et espacées dans le temps. Lorsque le capteur fonctionne en réception, il ne reçoit que les échos générés par une impulsion particulière, le temps de retour étant proportionnel à la distance entre la source et les particules ayant réfléchi le signal. Si, en plus, le signal est émis dans un cône d'angle solide fermé, chaque impulsion explore alors un petit volume d’eau, à la fois en termes de distance et de surface. Cette technique par Doppler pulsé est utilisée par certains courantomètres. On peut ainsi procéder au mesurage de vitesses "ponctuelles" et échantillonner le champ de vitesse.

====Calcul de la vitesse moyenne à partir des valeurs mesurées====

Comme indiqué précédemment, ce type de dispositif fournit un spectre d’énergie reçue en fonction de la vitesse (''figure 13''). Ce signal fait tout d'abord l'objet d'un premier traitement pour produire une grandeur représentative de la vitesse à l'intérieur du volume de mesure (vitesse moyenne, vitesse la plus fréquente ou vitesse maximale). Il est ensuite nécessaire de traiter cette grandeur représentative pour en déduire la valeur de la vitesse moyenne de l'écoulement dans une section droite. Ce traitement est encore plus délicat que le précédent, ceci pour deux raisons principales:
* selon la hauteur d'eau et les conditions d'écoulement, la répartition des vitesses dans un même volume exploré peut varier de façon importante ; la relation entre la grandeur représentative choisie pour un même volume exploré et la valeur moyenne de la vitesse d'écoulement n'est donc pas constante ;
* la distance à laquelle va parvenir le faisceau incident dépend en particulier de la concentration en matières en suspension ; le volume exploré varie donc également en permanence en fonction de cette concentration.

En pratique, on cherche souvent une relation linéaire entre les deux grandeurs. Les meilleures relations semblent celles qui font intervenir la vitesse maximum dans le volume exploré. Pour une relation de ce type, positionner la sonde sur un flotteur à la surface de l'écoulement semble la meilleure solution (''figure 15''). En effet, comme la vitesse maximum dans une section droite est souvent proche de la surface, cette position donne les meilleures chances que la vitesse maximum mesurée dans le volume exploré soit voisine de la vitesse maximum dans l'écoulement, ceci quelle que soit la hauteur d'eau (voir aussi ''figure 12'').

[[File:velocimètre_capteur_surface_seram.PNG|400px|center|thumb|''Figure 15 : vue depuis l’aval d’un capteur Doppler sous flotteur ; crédit photo Dominique Laplace - SERAM ; Source : Bertrand-Krajewski ''et al.'' (2008).'']]

Les incertitudes restent cependant importantes (souvent plus de 10 %). L’appareil de mesure doit être fourni avec un certificat d’étalonnage ou un constat de vérification établi dans les règles de l’art et dans des conditions de mesure précisées. Un étalonnage in situ utilisant une autre méthode peut permettre d'améliorer la qualité de la relation entre la grandeur représentative choisie et la grandeur recherchée (vitesse moyenne de l'écoulement dans une section droite).

====Avantages et inconvénients====

Cette technologie est ancienne est bien maîtrisée par de nombreux fabricants. L'étendue de mesures couvre largement la variabilité des vitesses que l'on peut observer et la vitesse de poursuite est également largement suffisante. Les sondes peuvent être intégrées sur des supports préfabriqués dont les gabarits s'adaptent à la forme des conduites, ce qui facilite leur pose. Le coût de la sonde et de son installation sont donc réduits. Les opérations de maintenance sont facilitées et, le capteur étant immergé en permanence, le contrôle de son fonctionnement ''in situ'' est toujours possible.

Cependant, outre l'incertitude importante sur la valeur déduite de vitesse moyenne que nous venons d'indiquer, elle présente plusieurs inconvénients :
* elle ne peut fonctionner que si la concentration en matières en suspension est suffisante (aucune mesure n'est possible en eau claire) ;
* elle n'explore qu'un volume restreint, ce qui est rédhibitoire lorsque la section mouillée ou la largeur de la surface libre devient grande ;
* la sonde est vulnérable lors d’opération de [[Curage (HU)|curage]] ou d’[[Hydrocurage (HU)|hydrocurage]] lorsqu’elle est implantée en radier ou en paroi ;
* la sonde est soumise à l’ensablement lorsqu’elle est implantée en fond d’écoulement.

Elle ne convient donc pas au mesurage de la vitesse dans les cours d'eau.

Cette technique peut en revanche être souvent préconisée en réseau d'assainissement, pour les sites de mesure provisoires comme pour les sites permanents.

===Mesurage par sonde laser aérienne===

====Principes de la méthode====

Il s'agit de l'adaptation, récente en hydrologie, d'une technologie utilisée dans d'autres domaines (par exemple mesurage de la vitesse des gaz, par ensemencement en particules, ou mesurage de la vitesse d'un flux sanguin, par suivi des globules rouges). Le principe consiste à utiliser un faisceau très étroit (faisceau laser) et de très petite longueur d'onde (rayonnement infrarouge) produit par une sonde placée au dessus de l'écoulement (''figure 9''). Ce type de rayonnement, très énergétique, peut pénétrer dans la veine liquide et se réfléchir dès qu'il rencontre une particule ou une bulle d'air. La sonde se met alors en mode réception et mesure le temps mis pour effectuer le trajet aller-retour ainsi que le décalage en fréquence entre l'onde émise et l’onde réfléchie. Il en déduit la vitesse locale de l'écoulement qu'il associe à la position et à la vitesse de la particule au point de mesure.

Ce faisceau peut être focalisé dans une direction précise pour mesurer la vitesse des particules à différentes distances (donc à différentes profondeurs si l'on connaît la hauteur d'eau), ce qui permet de reconstituer le profil en travers des vitesses ou de déterminer des grandeurs spécifiques comme, par exemple, la vitesse maximum (''figure 15''). Le capteur est placé au dessus de l'écoulement qu'il ne perturbe donc pas.

Cette technique de mesurage admet également comme hypothèse fondamentale que les particules ou les bulles d’air se déplacent avec la même vitesse que l'eau.

[[File:velocimètre_doppler_laserflow.PNG|800px|center|thumb|''Figure 14 : Différentes possibilités d'utilisation d'un vélocimètre laser à effet Doppler ; Source : https://igz.ch/wp-content/uploads/laserflow-brochure-datasheets-low-res.pdf'']]

====Calcul de la vitesse moyenne====

Comme la technologie est capable d'explorer le champ de vitesse dans une section transversale, le calcul de la vitesse moyenne de l'écoulement dans cette section peut se faire de façon satisfaisante. Il est important de noter que ces traitements nécessitent de connaître la profondeur de chaque point de mesure et donc un mesurage de la hauteur d'eau en parallèle à celui du champ de vitesse. Les fabricants proposent donc des capteurs intégrés (vitesse-hauteur) qui permettent le calcul direct du débit, la section mouillée pouvant être déduite de la valeur de la hauteur d'eau.

Nota : Pour les systèmes intégrés de mesure du débit, certains fabricants proposent de mettre en œuvre une troisième sonde, permettant le mesurage de la vitesse par une autre technologie, et utilisable lorsque la conduite est en charge et que la sonde laser est noyée.

====Avantages et inconvénients====

Il s'agit d'une technologie récente et avec encore assez peu de retours d'expérience. Cette solution n'est pas intrusive et ne perturbe donc pas l'écoulement. Les incertitudes sur le mesurande sont très faibles, l'étendue de mesures couvre largement la variabilité des vitesses que l'on peut observer et la vitesse de poursuite est également largement suffisante. Le calcul de la vitesse moyenne de l'écoulement, à partir des mesures locales effectuées, peut se faire dans de très bonnes conditions (voir article [[courantomètre]] pour le principe des calculs).

===Mesurage par sonde radar aérienne===

====Principes de la méthode====

La sonde radar est positionnée au-dessus de l'écoulement. Elle émet un faisceau d'ondes radio (longueur d'onde millimétrique ou centimétrique) dans un cône d'une ouverture de l'ordre de 10° et faisant un angle de 30° à 60° par rapport à l'axe de l'écoulement (''Figure 9''). La surface illuminée par le faisceau se présente sous la forme d'une ellipse. Elle réfléchit une partie de l'énergie du fait de la rugosité de surface et de la différence de densité entre l'eau et l'air. La sonde se met alors en mode réception, mesure le décalage de fréquence entre le flux émis et le flux reçu et en déduit la vitesse moyenne de surface sur la zone échantillonnée.

Les vélocimètres de ce type sont généralement couplés à un limnimètre permettant le mesurage de la hauteur dont on déduit la section mouillée et donc le débit.

Nota : Il est également possible d'utiliser d'autres longueurs d'onde, en particulier dans le visible, les infrarouges ou les ultraviolets (sondes lidar).

Les fabricants fournissent généralement un kit de montage avec un support pour fixer l'appareil (vélocimètre et limnimètre associé) (''figure 15'').

[[File:velocimètre_radar_DL-SERAM.jpg|600px|center|thumb|''Figure 15 :Vélocimètre radar et limnimètre radar implantés en voûte ; Crédit photo Dominique Laplace - SERAM.'']]

Pour que le mesurande (vitesse moyenne de surface sur la zone échantillonnée) soit représentatif de la vitesse moyenne de surface, il est important que le petit axe de l'ellipse illuminée par le faisceau soit suffisant par rapport à la largeur de la surface libre, sans cependant que les bords du faisceau ne soit trop proches des parois. La largeur de ce petit axe varie en fonction de l'angle d'ouverture du faisceau, de l'angle d'inclinaison du faisceau par rapport à l'axe de l'écoulement, mais également de la distance entre la sonde et la surface libre. Or cette distance dépend de la hauteur d'eau dans la conduite ou dans le cours d'eau. Il faut donc bien choisir les conditions d'implantation de la sonde pour que les mesures obtenues soient représentatives de la grandeur recherchée, ceci pour la plage de remplissage de la conduite (ou la hauteur d'eau dans le canal) désiré. A titre d'exemple, le tableau de la ''figure 16'' indique les valeurs du petit axe de l'ellipse pour un angle d'ouverture du faisceau de 10°, différentes inclinaisons de l'axe du faisceau et différentes distances verticales entre la sonde et la surface de l'écoulement.

[[File:Vélocimètre_radar_taille_ellipse.PNG|400px|center|thumb|''Figure 16 : Valeur du petit axe de l'ellipse éclairée pour un angle d'ouverture du faisceau de 10°, différentes inclinaisons de l'axe du faisceau et différentes distances verticales entre la sonde et la surface de l'écoulement.'']]

====Calcul de la vitesse moyenne à partir des valeurs mesurées====

La vitesse moyenne dans une section transversale de l'écoulement est liée par une relation relativement stable à la vitesse moyenne de surface, en particulier dans les réseaux d'assainissement.

On retient généralement une relation de la forme :

$V = K(H).V_s \qquad (3)$

Avec :
* $V$ : vitesse moyenne de l'écoulement (m/s) ;
* $V_s$ : vitesse moyenne de surface (m/s) ;
* $H$ : hauteur d'eau (m) ;
* $K(H)$ : coefficient de proportionnalité fonction de la hauteur d'eau (sans dimension).

Les fabricants proposent généralement des valeurs pour le coefficient $K(H)$ . Il est cependant préférable de faire un calage sur place de façon à ajuster ce coefficient, si possible pour différentes valeurs de hauteur d'eau (soit par [[Traçage (HU)|traçage]], soit avec un autre type de dispositif, courantomètre par exemple, voir § suivant).

====Avantages et inconvénients====

Cette technique présente l'intérêt de ne pas être intrusive. Elle ne modifie donc pas l'écoulement et comme l'appareil n'est pas immergé il se salit moins et sa maintenance est facilitée. Les appareils installés en voûte dans un réseau d'assainissement sont cependant proéminents et risquent d'être détériorés, par exemple lors de l'entretien des collecteurs par les outils de curage ou en cas de mise en charge du réseau.

Les incertitudes sur le mesurande sont acceptables, l'étendue de mesures couvre largement la variabilité des vitesses que l'on peut observer et la vitesse de poursuite est également largement suffisante. A noter que les radars de surface existent également en version portable, particulièrement pratique pour effectuer des mesures de contrôle des installations fixes.

==Mesurage par dispositif électromagnétique==

===Principes généraux de la méthode===

Les vélocimètres électromagnétiques, comme les courantomètres électromagnétiques présentés plus haut, reposent sur le principe qu'un liquide conducteur traversant un champ magnétique crée une force électromotrice (fem) proportionnelle à la vitesse d'écoulement (relation (4)). Les appareils de ce type utilisent donc un champ magnétique d'intensité constante, généré par une ou plusieurs bobine(s). Deux électrodes mesurent la tension générée lorsque le fluide circule dans ce champ.

$E = K.H_m.L.V_m \qquad (4)$

Avec :
* $V_m$ : Vitesse mesurée (m/s) ;
* $E$ : Différence de potentiel mesurée aux électrodes (V) ;
* $H_m$ : Intensité du champ magnétique (T) ;
* $L$ : Distance entre les électrodes (m) (généralement égale au diamètre $D_c$ de la conduite) ;
* $K$ : coefficient de proportionnalité (sans dimension, théoriquement égal à 1).

L'eau pure étant un très mauvais conducteur, cette solution fonctionnera d'autant mieux que l'écoulement sera chargé en sel dissous (ce qui est facilement vérifié dans les réseaux d'assainissement). Ce type de dispositif a été développé à l'origine pour les écoulements en charge (conduites d'eau potable en particulier). Son application a été étendue aux écoulements à surface libre avec différents types d'adaptation :
* Mesurage d'une (ou de plusieurs) vitesse(s) locale(s) à l'aide d'un ou plusieurs courantomètre(s) fixé(s) au fond et/ou sur les paroi(s) (''figure 17'') ;
* Mesurage direct d'une vitesse moyenne en insérant un vélocimètre sous la forme d'un tronçon spécifique de même diamètre que (ou de diamètre inférieur à) la conduite (cette solution n'est possible qu'en réseau) (''figures 18 et 19'') ;
* Mesurage direct d'une vitesse moyenne en insérant un dispositif adaptable en bas du profil de la conduite ou du canal (''figure 20'').

Ces trois solutions sont présentées ci-dessous.

===Mesurage d'une ou de plusieurs vitesses locales===

Le mesurage de la vitesse locale est effectué au moyen d’un capteur électromagnétique à électrodes affleurantes, dont la forme générale est semblable à celles des sondes Doppler. Fixé sur le radier ou la paroi du collecteur, le capteur détermine la vitesse locale à son voisinage immédiat (''figure 17'').

[[File:velocimètre électromagnétique 1.png|600px|center|thumb|''Figure 17 : Exemple d'implantation d'un courantomètre électromagnétique à poste fixe ; Source : Bertrand-Krajewski ''et al'' (2008).'']]

====Calcul de la vitesse moyenne à partir des valeurs mesurées====

La valeur moyenne est déterminée à partir de la valeur locale de la vitesse et d’un mesurage conjoint de la hauteur d’eau en faisant une hypothèse sur la forme du profil vertical de vitesse au droit du capteur (on adopte généralement un profil logarithmique) (''figure 17''). Comme la zone échantillonnée par ce type de technologie est très réduite et très proche du radier ou de la paroi, la vitesse locale est souvent très faible et l'incertitude sur la vitesse moyenne est très grande.

====Avantages et inconvénients====

En plus de l'incertitude sur la vitesse moyenne, cette solution présente un autre inconvénient important, en particulier si le capteur est positionné au radier : Les électrodes s'encrassent rapidement, ce qui perturbe le mesurage et nécessite des nettoyages très fréquents. De plus, la sonde implantée en radier est soumise à l’ensablement et elle est vulnérable lors d’opération de curage ou d’hydrocurage. Cette solution n'est donc pas conseillée.

===Mesurage avec une section spécifique===

Cette solution est directement inspirée des techniques utilisées dans les conduites fonctionnant en charge. Elle consiste à insérer dans la canalisation une section spécifique qui se présente sous la forme d'une manchette compacte constituant le vélocimètre (''figures 18 et 19''). Deux solutions sont possibles pour adapter le dispositif aux écoulements à surface libre.

[[File:vélocimètre_électromagnétique_jlbk.PNG|600px|center|thumb|'' Figure 18 : Schéma de principe d'un vélocimètre électromagnétique ; Source : GRAIE (2014b).'']]

Dans le premier cas on utilise le même dispositif que pour les écoulements en charge. Le champ magnétique d'intensité constante est généré par deux bobines, une de chaque côté du tube de mesure. Deux électrodes situées sur la paroi intérieure du tube détectent la tension générée lorsque le fluide circule dans ce champ. Le tube de mesure et les électrodes sont isolés électriquement du fluide par un revêtement non conducteur (par exemple en caoutchouc, téflon, etc.) (https://www.fr.endress.com/fr/instrumentation-terrain-sur-mesure/debit-mesure-produits/mesure-debit-debitmetre-electromagnetique) (''figure 18''). La mesure de la différence de potentiel permet de déterminer une valeur de vitesse moyenne dans la section de l'écoulement. On complète le mesurage de la vitesse par un mesurage de la hauteur d'eau mettant en œuvre une autre technologie.

Dans le second cas, la paire unique d’électrodes sur un diamètre est remplacée par trois paires d’électrodes sur la moitié inférieure de la conduite. Les forces électromotrices induites varient avec le remplissage, ce qui permet de déterminer à la fois la vitesse et la hauteur d’eau.

[[File:Capture d’écran 2024-07-19 115523.png|800px|center|thumb|'' Figure 19 : Schéma de principe de l'installation d'un débitmètre électromagnétique dans un réseau d'assainissement ; Source : Bertrand-Krajewski ''et al'' (2008).'']]

====Calcul de la vitesse moyenne à partir des valeurs mesurées====

La vitesse des filets liquides varie selon leur position dans la section (voir ''figures 1, 8 ou 12''). Comme la force électromotrice induite est proportionnelle à la vitesse, chaque filet liquide produit donc un courant électrique avec une différence de potentielle différente. La force électromotrice globale mesurée par les deux électrodes résulte donc de la combinaison de l'ensemble de ces forces électromotrices élémentaires. Si le champ magnétique est parfaitement homogène dans la section mouillée (ce qui est le cas pour les bons appareils du commerce), et du fait de la relation linéaire entre fem et vitesse, la force électromotrice mesurée est également directement proportionnelle à la vitesse moyenne de l'écoulement. Il est cependant nécessaire que celui-ci soit monodimensionnel et symétrique par rapport à l’axe du collecteur. Cette condition impose d'avoir une longueur droite égale, au minimum, à 10 fois le diamètre à l’amont et 5 fois le diamètre à l’aval de l'appareil. En pratique la qualité du mesurage est cependant peu affectée par le profil de vitesse. L'utilisation des vélocimètres électromagnétiques dans les conduites fermées est régie par la norme [https://www.boutique.afnor.org/fr-fr/norme/nf-en-iso-20456/mesurage-du-debit-des-fluides-dans-les-conduites-fermees-lignes-directrices/fa196815/84225 NF EN ISO 20456]

====Avantages et inconvénients====

L’étendue de mesure en vitesse va de 0,2 à 12 m/s et est généralement satisfaisante. L’incertitude de mesure est un peu plus forte que pour les conduites en charge mais reste très faible (généralement inférieure à 0,5 %) à la condition que la hauteur d'eau dans la conduite soit au moins égale à 10% du diamètre. Même s'il est possible, lorsque les hauteurs d'eau sont plus faibles, de réduire la section du manchon inséré dans le réseau, celle solution n'est pas préconisée, en particulier pour les réseaux unitaires. Les fabricants fournissent généralement des tableaux ou des abaques permettant à l’utilisateur de choisir le modèle adapté à ses besoins.

Ce type d'appareil doit être installé à demeure et nécessite une intervention lourde sur le réseau. ll est par exemple recommandé d’aménager la chambre de mesures avec des regards de visite, des vannes ou des tampons permettant de réaliser facilement les opérations d’exploitation de ces ouvrages :
* vanne murale en amont pour isoler le point de comptage avec aménagement éventuel d’un by-pass vers l’aval ;
* regard avec piège à cailloux qui permet de l’aspiration des déchets de la surface avec un camion autocureur ;
* tampon de contrôle de la hauteur ou de nettoyage a l’aval immédiat de la manchette (GRAIE, 2014b).

Par ailleurs elle n'est pratiquement utilisable que pour les conduites circulaires de petits diamètres (moins de 500 à 600 mm).

Pour en savoir plus : https://www.fr.endress.com/fr/instrumentation-terrain-sur-mesure/debit-mesure-produits/mesure-debit-debitmetre-electromagnetique

===Mesurage avec un profilé===

La solution précédente n'est pas utilisable pour les cours d'eau, les canaux ouverts ou les conduites de grande dimension. Dans ce cas une solution consiste à installer les bobines et les électrodes sur un profilé que l'on positionne dans la partie basse du canal (''figure 20'').

[[File:velocimètre électromagnétique 2_jlbk.png|600px|center|thumb|''Figure 20 : Exemple d'implantation d'un courantomètre électromagnétique sur un profilé en bas de section ; Source : Bertrand-Krajewski ''et al'' (2008).'']]

Cette solution est citée ici pour mémoire car elle est très peu utilisée.

===Mesurage par imagerie de surface===

L'idée consiste à mesurer la vitesse de l'écoulement en surface par le suivi automatique des éléments flottants. Les images captées par une caméra sont télétransmises et traitées par un logiciel capable de suivre automatiquement le déplacement des objets flottants et d'en déduire une vitesse de surface. Ce type de suivi est généralement associé à cepui du niveau en installant une échelle limnimétrique dans le champ de la caméra.

L'avantage principal de cette solution est que, en cas d'alerte, un opérateur humain peut venir contrôler l'image et confirmer la mesure en temps réel, ce qui est difficile avec les autres dispositifs. La sensibilité de ce type de solution dépend de la qualité de l'image télétransmise (la sensibilité étant égale à la taille du pixel), et de la distance entre la caméra et l'écoulement. Elle nécessite la présence de flottants.

Ces installations ne posent pas trop de difficultés pour les cours d'eau. En revanche elles sont plus compliquées à installer dans une conduite fermée, avec un risque d'arrachage de la caméra en cas de mise en charge.

Bibliographie :
* Birgand, F., Benoist, J.-C., Novince, E., Gilliet, N., Saint-Cast, P., Le Saos, E (2005) : Mesure des débits à l‘aide de débitmètres ultrasoniques Doppler ; Cas des petits cours d‘eau ruraux ; Ingénieries eau-agriculture-territoires, 2005, 41, p. 23-38 ; disponible sur https://hal.science/hal-00476108/document.
* GRAIE (2009) : Fiche Technique n°5 : Mesurage de la vitesse d’écoulement par effet Doppler ; disponible sur http://www.graie.org/graie/graiedoc/reseaux/autosurv/FT5_vitessedoppler-v4.pdf.
* GRAIE (2014a) : Fiche Technique n°7 : Mesurage de la vitesse sans contact par radar ; disponible sur http://www.graie.org/graie/graiedoc/reseaux/autosurv/FT7_vitessehauteurRadarvfin4-vf.pdf
* GRAIE (2014b) : Fiche Technique n°8b : Mesurage d'un débit en conduite non pleine par un débitmètre électromagnétique ; disponible sur https://asso.graie.org/portail/fiche-technique-n8b-mesurage-dun-debit-conduite-non-pleine-debitmetre-electromagnetique/
* Hauet, A. (2006) : Estimation de débit et mesure de vitesse en rivière par ''Large-Scale Particle Image Velocimetry'' ; thèse en Hydrologie ; Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG) ; 322p. ; disponible sur https://theses.hal.science/tel-00116889/file/main_these.pdf.
* Reméniéras, G., Hermant, C. (1954) : Mesure électromagnétique des vitesses dans les liquides ; La houille blanche ; N° spécial B/1954 ; pp 732-746 ; disponible sur https://www.shf-lhb.org/articles/lhb/pdf/1954/02/lhb1954018.pdf
* SERAM, Laplace, D. (1995) : Dispositif de mesure du débit d'un écoulement à surface libre tenant compte des variations du niveau d'eau ; France ; brevet INPI n° 93 12 241.
* https://www.fr.endress.com/fr/instrumentation-terrain-sur-mesure/debit-mesure-produits/mesure-debit-debitmetre-electromagnetique

Pour en savoir plus :
* Bernard M. (coordinatrice) (2019) : Guide d’échantillonnage à des fins d’analyses environnementales ; cahier 7 : Méthodes de mesure du débit ; Centre d’expertise en analyse environnementale du Québec ; 321p. ; disponible sur https://www.ceaeq.gouv.qc.ca/documents/publications/echantillonnage/debit_conduit_ouvc7.pdf.
* Bertrand-Krajewski, J.-L., Laplace, D., Joannis, C., Chebbo, G. (2008) : Mesures en hydrologie urbaine et assainissement ; ed. tec et Doc, Lavoisier, Paris ; 292p. (épuisé).
* Ministère chargé de l’Environnement (2017) : Charte qualité de l’hydrométrie, Guide de bonnes pratiques, janvier 2017, 82 p. ; disponible sur https://www.eaufrance.fr/sites/default/files/documents/pdf/Schapi_Charte_hydro_P01-84_BasseDefinition_5Mo_.pdf

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vendredi 28 juin 2024

Débitmètre (HU)
Bernard Chocat : /* Différence entre les écoulements en charge et les écoulements à surface libre */

''Traduction anglaise : flowmeter''

Dernière mise à jour : 01/07/2024

Appareil permettant de mesurer le [[Débit (HU)|débit]] d'un cours d'eau ou d'une conduite.

==Différence entre les écoulements en charge et les écoulements à surface libre==

Des débitmètres intégrés simples et compacts existent pour le mesurage des débits dans les conduite en charge (par exemple les compteurs d'eau pour mesurer la consommation en eau). Comme la section mouillée de l'écoulement est constante, un simple mesurage de la vitesse est en effet suffisant (''figure 1'').

Il est beaucoup plus difficile de construire de tels appareils pour la mesure des débits dans le cas des écoulements à surface libre. Dans cette situation, la section mouillée et la vitesse varient simultanément sans qu'il existe une relation univoque entre ces deux grandeurs.

[[File:débitmètre_charge_sl.PNG|600px|center|thumb|''Figure 1 : La mesure du débit est beaucoup plus facile dans le cas d'un écoulement en charge où la section mouillée est constante ( $Q = V. S_0$ , avec $V$ vitesse moyenne de l'écoulement) que dans un écoulement à surface libre dans lequel $V$ et $S$ varient simultanément.'']]

La plupart des mesures de débit sont donc indirectes et reposent souvent sur un double mesurage (hauteur et vitesse). Nous avons donc préféré les différentes façons de procéder dans l'article [[Débitmétrie (HU)]], sans faire spécifiquement référence à des appareils spécifiques.

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mardi 25 juin 2024

SEQ (HU)
Bernard Chocat : Page créée avec « Sigle pour Système d'Evaluation de la Qualité de l'eau ; on précise souvent SEQ-eau. [[Catégorie:Diction... »

Sigle pour [[Système d'évaluation de la qualité des eaux / SEQ (HU)|Système d'Evaluation de la Qualité de l'eau]] ; on précise souvent SEQ-eau.

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[[Catégorie:Qualité_des_milieux_récepteurs_et_impact_des_rejets_(HU)]]
Système d'évaluation de la qualité des eaux / SEQ (HU)
Bernard Chocat : Page créée avec « ''Traduction anglaise : Water quality assessment system / WQAS'' Dernière mise à jour : 25/06/2024 Dispositif mis en place à partir de 2001 par les age... »

''Traduction anglaise : Water quality assessment system / WQAS''

Dernière mise à jour : 25/06/2024

Dispositif mis en place à partir de 2001 par les agences de l'eau et les ministères pour remplacer les anciennes grilles d'évaluation de la qualité des eaux de 1970, non homogènes entre les différents bassins. Le système était applicable, sur la base de grilles spécifiques, aux cours d'eau, aux plans d'eau, aux eaux souterraines, aux eaux littorales et estuariennes.

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mercredi 19 juin 2024

Mesures de hauteur d'eau (HU)
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Voir [[Limnimètre (HU)]]

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vendredi 14 juin 2024

MOHYS (HU)
Bernard Chocat : Page créée avec « Dernière mise à jour : 14/06/2024 MOHYS est un modèle de propagation modèles de propagation d'ondes de crue u... »

Dernière mise à jour : 14/06/2024

MOHYS est un modèle de propagation [[Modèle de propagation d’ondes de crue (HU)|modèles de propagation d'ondes de crue]] utilisé en particulier sur la [[Plate-forme Plathynes (HU)|plate-forme Plathynes]] pour la [[Prévision des crues : les modèles utilisés (HU)|prévision des crues]].

MOHYS a été développé à l'origine par le [[Service de prévision des crues (HU)|SPC]] Loire-Allier-Cher-Indre. Il a été rajouté à la plate-forme Plathynes en 2023.

==Principes du modèle MOHYS==

MOHYS repose originellement sur un modèle de [[Translation simple (HU)|translation simple]]. Ce type de modélisation représente la translation de l'onde de crue par décalage temporel fixe sans intégrer de processus d'atténuation. Il a ensuite été adapté pour intégrer un coefficient multiplicatif permettant de prendre en compte d'éventuels effets de laminage ainsi qu'une procédure de lissage. Ces différents modèles sont appliqués sur chacune des branches en utilisant une méthode de composition dérivée de la théorie de l'[[Hydrogramme unitaire (modèle de l') (HU)|hydrogramme unitaire]].

===Évaluation du décalage temporel===

Dans MOHIS, le temps de propagation (initialement estimé par le décalage temporel entre les pointes de débit amont et aval) n'est pas fixe. Il peut dépendre de la profondeur de l'écoulement, de l'activation du lit majeur, de la géométrie du réseau hydrographique. Par ailleurs, ce temps de propagation peut être ajusté en temps réel, par exemple en tenant compte de la pointe de crue observée ou prévue à une station hydrométrique amont, du débit maximal sur les heures précédentes, etc.

===Prise en compte des apports intermédiaires et du laminage===

Les stations de mesure permettant de connaître le débit provenant des différents affluents jaugés sont rarement situés au droit de leurs confluences avec le cours d'eau principal. Il est donc souvent nécessaire de prendre en compte les apports intermédiaires dus aux surfaces actives situées entre la station de mesure et la confluence. De plus, certains affluents ne sont pas jaugés. Pour corriger cet effet, il est possible d'appliquer à l'hydrogramme aval un coefficient multiplicatif variable. La même procédure (coefficient multiplicatif variable) permet également de tenir compte du laminage de la crue dû au transfert.

===Lissage des ondes de crue propagées===

MOHYS traite indépendamment les ondes de crue provenant des différentes branches du réseau hydrographique.

MOHYS intègre également un [[Hydrogramme unitaire instantané / HUI (HU)|hydrogramme unitaire]] associé à chaque station hydrométrique amont. Cela permet de lisser les ondes de crues propagées, ce qui s'avère indispensable en aval des grands ouvrages hydrauliques où les changements rapides de consigne d'évacuation de crue sont lissés temporellement par l'environnement naturel du cours d'eau. Cette fonctionnalité peut être annulée lorsque le modélisateur définit une fonction Dirac.

MOHYS offre donc un formalisme qui s'adapte à un grand nombre de situations connues lorsque le modélisateur chercher à représenter la propagation des ondes de crues d'amont en aval, en intégrant aussi les affluents. Les différentes options sont illustrées à la Figure 7 qui présente les simulations de l’événement novembre 2016 sur la Loire à Digoin : au formalisme Lag and Route sont successivement ajoutés le temps de propagation variable, les coefficients d’apport et les hydrogrammes unitaires. Historiquement, la définition de l'hydrogramme unitaire optimal de MOHYS était réalisée manuellement, par itération. L'intégration du formalisme MOHYS dans PLATHYNES est l'occasion de réduire le nombre de paramètres en utilisant des formules paramétriques pour caractériser cet hydrogramme unitaire. Une vingtaine de formes ont été évaluées, que ce soient des formes géométriques simples (triangle, rectangle), des fonctions mathématiques discrètes ou des fonctions déjà proposées dans la littérature (voir notamment Le Moine 2008, Berthet 2010). La recherche des meilleures formulations paramétriques repose sur l'analyse de 133 hydrogrammes unitaires extraits de la modélisation du SPC LACI. Elle met en évidence que la fonction de Berthet (2010) est la plus ressemblante. Les formes géométriques simples sont également pertinentes pour PLATHYNES. La dernière formulation retenue (puissance) est symétrique et permet d’avoir des décroissances non linéaires autour du point central de l’hydrogramme unitaire.

jeudi 30 mai 2024

Predict service (HU)
Bernard Chocat : Page créée avec « Dernière mise à jour : 30/05/2024 Société fondée en 2006 à Montpellier suite aux inondations majeures de Nîmes en 1988, de l’Aude en 1999 et du Gard en 20... »

Dernière mise à jour : 30/05/2024

Société fondée en 2006 à Montpellier suite aux inondations majeures de Nîmes en 1988, de l’Aude en 1999 et du Gard en 2002, dans le but d’apporter aux usagers des territoires menacés par les risques climatiques, une assistance intégrée et personnalisée de gestion de ces phénomènes (inondations, tempêtes, submersions marines, fortes chutes de neige, canicule, vagues de froids, cyclones ou typhons, etc.).

Predict Services est soutenue par Météo-France, Airbus DS Géo SA et BRL.

Pour en savoir plus :
* https://www.predictservices.com/

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mardi 21 mai 2024

GR (modèles) (HU)
Bernard Chocat :

Dernière mise à jour : 07/06/2024

Famille de [[Modèle hydrologique (HU)|modèles hydrologiques]] créés par les ingénieurs du Génie Rural (à l'origine au sein du Cemagref, devenu IRSTEA, puis INRAE) et adaptés aux bassins versants ruraux ou naturels.

==Éléments d'historique==

Les premiers modèles de la famille $GR$ ont commencé à être développés au début des années 1980 pour faire le lien entre la lame d'eau précipitée sur un bassin versant et son débit à l'exutoire (Michel, 1983). Il s'agissait de construire des [[Modèle global et modèle semi-distribué (HU)|modèles globaux]], ayant une finalité opérationnelle, et fonctionnant avec le minimum de paramètres pour faciliter leur calage. Ces développements ont été à l'origine de recherches importantes sur la transformation pluie-débit qui ont en particulier mis en évidence l'importance du pas de temps d'analyse sur les phénomènes dominants, donc sur les paramètres à prendre en compte.

La famille comprend donc différentes sous-familles qui ont été développés progressivement en fonction du pas de temps de calcul utilisé (''figure 1'') :
* $GRnA$ : pas de temps annuel ;
* $GRnM$ : pas de temps mensuel ;
* $GRnJ$ : pas de temps journalier ;
* $GRnH$ : pas de temps horaire ;
* $GRnD$ : pas de temps horaire ou infra-horaire.

Pour tous les modèles, $n$ correspond au nombre de paramètres. Le modèle $GR4J$ est donc un modèle à 4 paramètres fonctionnant au pas de temps journalier.

[[File:GR_1.PNG|800px|center|thumb|''Figure 1 : Historique du développement des modèles $GR$ en fonction du pas de temps ; Source : https://webgr.inrae.fr/outils/modeles-hydrologiques/bref-historique.'']]

Les dernières évolutions de ces modèles ont consisté à les adapter pour la [[Prévision des crues : les modèles utilisés (HU)|prévision des crues]] en temps réel, avec le [[GRP (HU)|modèle $GRP$ ]] et a étudier l'apport d'une [[Modèle semi-distribué (HU)|modélisation semi-distribuée]].

Le lecteur intéressé trouvera sur le [https://webgr.inrae.fr/outils/modeles-hydrologiques/bref-historique site de l'INRAE] une présentation plus détaillé de cet historique.

==Structure générale des modèles GR==

Les modèles de la famille $GR$ sont tous des modèles à réservoirs représentant à la fois la [[Fonction de production et fonction de transfert (HU)|production et le transfert]]. La ''figure 2'' représente de façon schématique les assemblages de réservoirs utilisés pour les modèles journaliers en fonction du nombre de paramètres. Ils peuvent fonctionner de façon événementielle ou de façon continue.

[[File:GR_2.PNG|1000px|center|thumb|''Figure 2 : Évolution des modèles $GRnJ$ ; Source : https://webgr.inrae.fr/outils/modeles-hydrologiques/bref-historique.'']]

Les modèles de la famille $GR$ font l'objet d'un développement continu et sont systématiquement testés sur un échantillon de plusieurs centaines de bassins versants, en utilisant des procédures de calage-validation systématiques.

Le [[GRD (HU)|modèle GRD]] ainsi que le [[GRP (HU)|modèle GRP]], fonctionnant à des pas de temps courts font l'objet d'articles spécifiques.

Ces modèles peuvent être couplés. Par exemple la plate forme [[AIGA (HU)|AIGA]] utilise le modèle $GR4J$ pour la simulation en continue de l'état de remplissage des réservoirs et le modèle $GRD$ (pas de temps horaire ou infra-horaire) pour la simulation des périodes de crue qui nécessite la connaissance de l'état initial de remplissage des réservoirs.

Pour en savoir plus :
* Perrin, C., Michel, C., Andréassian, V. (2007) : Modèles hydrologiques du Génie Rural (GR) ; 16pp. ; disponible sur https://webgr.irstea.fr/wp-content/uploads/2012/08/Modeles_GR_Resume.pdf

Bibliographie :
* Edijatno (1991) : Mise au point d’un modèle élémentaire pluie-debit au pas de temps journalier ;Thèse Louis Pasteur University (Strasbourg) / Cemagref (Antony) ; 625 p.
* Ficchi, A. (2007) : Un modèle hydrologique adaptatif à différents pas de temps : diagnostic et améliorations basés sur la cohérence des flux ; thèse Paris 6 ; disponible sur https://theses.fr/2017PA066097.
* Le Moine, N. (2008) : Le bassin versant de surface vu par le souterrain : une voie d’amélioration des performances et du réalisme des modèles pluie-débit ? Thèse Université Pierre et Marie Curie ; 348p. ; disponible sur https://webgr.irstea.fr/wp-content/uploads/2012/07/2008-LE_MOINE-THESE.pdf.
* Mathevet, T. (2005) : Quels modèles pluie-débit globaux au pas de temps horaire ? Développements empiriques et comparaison de modèles sur un large échantillon de bassins versants ; thèse ENGREF ; 463p. ; disponible sur https://webgr.irstea.fr/wp-content/uploads/2012/07/2005-MATHEVET-THESE.pdf
* Michel, C. (1983) : Que peut-on faire en hydrologie avec un modèle conceptuel à un seul paramètre ? La Houille Blanche(1), pp 39-44
* Nascimento, N.O. (1995) : Appréciation à l’aide d’un modèle empirique des effets d’actions anthropiques sur la relation pluie-débit à l’échelle du bassin versant ; Thèse de Doctorat ; CERGRENE, ENPC ; 550 p.
* Perrin, C. (2000) : Vers une amélioration d’un modèle global pluie-débit au travers d’une approche comparative ; INPG (Grenoble), Cemagref (Antony) ; 530 p.
* Perrin, C., Michel, C., Andréassian, V. (2007) : Modèles hydrologiques du Génie Rural (GR) ; document Cemagref, 16p. ; disponible sur https://webgr.irstea.fr/wp-content/uploads/2012/08/Modeles_GR_Resume.pdf
* Pushpalatha, R. (2013) : Simulation et prévision des étiages sur des bassins versants français : approche fondée sur la modélisation hydrologique ; Thèse de Doctorat, Irstea (Antony), AgroParisTech (Paris) ; 230 pp.

Pour en savoir plus :
* https://webgr.inrae.fr/outils/modeles-hydrologiques

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
[[Catégorie:Modélisation_de_la_transformation_pluie-débit_(HU)]]

mardi 7 mai 2024

Modèle détaillé (HU)
Bernard Chocat : Page créée avec « Voir Modèle semi-distribué (HU) Catégorie:Dictionnaire_DEHUA Catégorie:Généralité_modélisation_(HU) »

Voir [[Modèle semi-distribué (HU)]]

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
[[Catégorie:Généralité_modélisation_(HU)]]

lundi 6 mai 2024

Modèle semi-distribué (HU)
Bernard Chocat :

''Traduction anglaise : Semi-distributed model''

Dernière mise à jour : 10/05/2024

En hydrologie, on utilise le terme "modèle semi-distribué" (ou "modèle détaillé") pour désigner un modèle représentant un système hydrologique complexe par un ensemble d'éléments de nature différente en interaction ; ces éléments peuvent être :
* des sous-bassins versants sur lesquels on applique des [[Modèle hydrologique (HU)|modèles hydrologiques]] qui représentent la transformation de la pluie en débit à l'exutoire ;
* des [[Tronçon (HU)|tronçons]] de réseau d'assainissement ou de cours d'eau qui relient les sous-bassins versants à l'exutoire (ou aux exutoires) du système hydrologique et sur lesquels on applique des [[Modèles d'écoulement en réseau et en rivière (HU)|modèles d'écoulement en réseau et en rivière]] ;
* des [[Ouvrage spécial (HU)|ouvrages spéciaux]] capables de modifier le fonctionnement hydrologique du système étudié (par exemple des ouvrages de stockage comme des [[Bassin de retenue (HU)|bassins de retenue]]) et sur lesquels on applique des modèles adaptés.

Ce type de modélisation est celui généralement utilisé en hydrologie urbaine, en particulier pour représenter les réseaux d'assainissement (''figure 1'').

[[File:canoe_image1.jpg|600px|center|thumb|''Figure 1 : Les modèles construits pour représenter le fonctionnement des grands réseaux d'assainissement par temps de pluie peuvent utiliser des centaines de sous-bassins versants et des milliers de tronçons ; Source : logiciel Canoe.'']]

==Modèle global, modèle distribué et modèle semi-distribué==

Le vocabulaire de la modélisation en hydrologie est encore assez fluctuant, et il existe sans doute autant de typologies des modèles que d'hydrologues. Les articles du DEHUA sur ce thème ne prétendent pas finaliser les discussions sur le sujet. leur ambition est simplement de clarifier certains des aspects susceptibles de prêter à confusion (voir également les articles [[Modèle (HU)]] et [[Modélisation en hydrologie et en hydraulique (généralités) (HU)]]).

L'une des difficultés est que le terme modèle désigne à la fois la façon de représenter le système étudié et la façon de simuler les phénomènes qui s'y déroulent. Or, si ces deux aspects sont fortement liés, ils ne sont cependant pas totalement corrélés.

Typiquement un modèle semi-distribué (ou détaillé) ne représente que le système étudié et est totalement indépendant de la façon de représenter les phénomènes qui se déroulent sur les différents éléments qui le composent. En particulier les sous-bassins versants peuvent être simulés par des modèles hydrologiques qui peuvent eux-mêmes être [[Modèle global et modèle semi-distribué (HU)|globaux]] ou [[Modèle distribué et modèle semi-distribué (HU)|distribués]].

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
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[[Catégorie:Modélisation_de_la_transformation_pluie-débit_(HU)]]

jeudi 25 avril 2024

Modèles d'écoulement en réseau et en rivière (HU)
Bernard Chocat : /* Formulation conservative */

[[File:logo_eurydice.jpg|80px]][[File:Logo OFB_soutien financier.png|120px]]

''Traduction anglaise : Flood routing models for pipes and channels''

Dernière mise à jour : 11/06/2024

''Mot en chantier''

[[Modèle (HU)|Modèle]] mathématique permettant de représenter la propagation et la transformation d'une onde de crue dans un système hydraulique (réseau d'assainissement ou réseau hydrographique de surface) et/ou de calculer les hauteurs d'eau atteintes et de déterminer les zones potentiellement inondées.

==Fonctions des modèles d'écoulement==

Les modèles d'écoulement font généralement suite à des [[Modèle hydrologique (HU)|modèles hydrologiques]] et s'intègrent dans une représentation dite [[Modèle semi-distribué (HU)|semi-distribuée]] (ou détaillée) du système hydrologique simulé (''figure 1''). Les modèles hydrologiques produisent des [[Hydrogramme (HU)|hydrogrammes]] aux exutoires des bassins versants et ces hydrogrammes sont ensuite introduits puis propagés dans les [[Tronçon (HU)|tronçons]] du réseau hydrographique, naturel ou artificiel, combinés aux jonctions, et transformés au passage d’ouvrages spéciaux par les modèles d'écoulement. Les modèles d'écoulement nécessitent donc une représentation adaptée de ce réseau hydrographique.

[[File:canoe_image1.jpg|1000px|center|thumb|''Figure 1 : Les modèles construits pour représenter le fonctionnement des grands réseaux d'assainissement par temps de pluie peuvent utiliser des centaines de sous-bassins versants et des milliers de tronçons ; ici le bassin versant à l'amont de la station d'épuration de Saint-Fons, Communauté urbaine de Lyon (les sous-bassins versants en grisé et les tronçons de réseau en traits gras) ; Source : logiciel Canoe.'']]

Les modèles d'écoulement doivent donc remplir différentes fonctions :
* représenter le décalage temporel et l'[[Amortissement d'un hydrogramme (HU)|amortissement]] de l'[[Hydrogramme (HU)|hydrogramme]] de crue lors de son transfert dans un tronçon ;
* représenter la composition des hydrogrammes aux jonctions, et leur séparation éventuelle aux [[Défluence (HU)|défluences]] ;
* représenter l'impact des différents ouvrages (en particulier de stockage : [[Seuil en rivière (HU)|seuil]], [[Barrage (HU)|barrage]], [[Bassin de retenue (HU)|bassin de retenue]], etc.) et [[Singularité hydraulique (HU)|singularités hydrauliques]] ([[Seuil hydraulique (HU)|seuils]], [[Chute (HU)|chutes]], [[Influence aval (HU)|influences aval]], etc.), ainsi que celui des débordements dans les zones inondées, sur la façon dont l'hydrogramme est transféré.

Ces fonctions obligatoires sont complétées par des fonctions supplémentaires qui peuvent être remplies par le modèle lui-même ou par un post-traitement (voir le § suivant) :
* représenter les grandeurs hydrauliques (hauteur et vitesse) associées aux valeurs de débit ;
* en déduire les hauteurs d'eau atteintes dans le [[Lit majeur (HU)|lit majeur]] et l'extension éventuelle de la zone inondée.

==Modèles hydrauliques et modèles de transfert d'onde==

Il existe trois grandes familles de modèles :
* les modèles issus de la Mécanique des fluides qui résolvent numériquement les [[Navier-Stokes (équation de) (HU)|équations de Navier-Stokes]] à 2, 3 ou 4 dimensions ;
* les modèles utilisant les [[Barré de Saint Venant (équations de) (HU)|équations de Barré de Saint Venant]] à 1 ou 2 dimensions ;
* les [[Modèle de propagation d’ondes de crue (HU)|modèles conceptuels de transfert d'onde]].

===Modèles issus de la MFN===

Les modèles de [[Mécanique des fluides numérique / MFN (HU)|mécanique des fluides numérique]] sont aujourd'hui des outils extrêmement puissants, capables de représenter les écoulements à surface libre, en régime permanent ou transitoire, avec 1, 2 ou 3 dimensions d'espace (''figure 2''). On parle également de CFD pour ''Computational Fluid Dynamics'' ou de modélisation 3D (même si parfois on n'utilise pas les trois dimensions d'espace).

Ces modèles sont cependant extrêmement gourmands en temps calcul et en place mémoire et ne sont encore utilisés que pour des applications limitées ne concernant qu'un petit linéaire et/ou une singularité hydraulique. Ils sont cités ici pour mémoire car il est possible que dans quelques années les progrès de l'informatique permettent de les utiliser de façon plus opérationnelle pour représenter des systèmes hydrauliques complets.

[[File:MFN_DO_JV.png|600px|center|thumb|''Figure 2 : Évolution de la surface libre dans un déversoir frontal calculée avec un outil de Mécanique des fluides numérique ; Crédit José Vazquez.'']]

Pour en savoir plus, voir l'article [[Mécanique des fluides numérique / MFN (HU)]].

=== Modèles utilisant les équations de Barré de Saint Venant===

Les [[Barré de Saint Venant (équations de) (HU)|équations de Barré de Saint Venant]] permettent de représenter les [[Ecoulement à surface libre (HU)|écoulements à surface libre]] non permanents, unidimensionnels ou bidimensionnels. Suivant la manière dont elles sont écrites et la manière dont elles sont résolues, il est possible de calculer les [[Ecoulement graduellement varié (HU)|écoulements graduellement variés]] avec ou non prise en compte du [[Ressaut hydraulique (HU)|ressaut hydraulique]] et d’un front d’onde correspondant à des variations rapides du débit (Marc BUYER 2002).

L’écriture classique des équations de Barré de Saint-Venant repose sur deux deux hypothèses fortes :
* l'écoulement doit être [[Ecoulement graduellement varié (HU)|graduellement varié]] ;
* la répartition des pressions doit être hydrostatique.

Ces équations peuvent également être adaptées, et c'est important dans le cas des réseaux d'assainissement, pour représenter les [[Ecoulement en charge (HU)|écoulements en charge]] (voir [[Fente de Preismann (HU)]]).

Même si ces hypothèses ne sont pas toujours vérifiées, en particulier dans le cas des [[Crue rapide (HU)|crues rapides]], l'expérience montre que ce modèle permet de représenter la propagation des crues de façon très satisfaisante, que ce soit en rivière ou en réseau d'assainissement. De plus, comme il utilise la vitesse et la [[Section mouillée (HU)|section mouillée]] (ou la hauteur d'eau) comme variables principales de calcul il est également capable de calculer les [[Ligne d'eau (HU)|lignes d'eau]], et, dans le cas des équations bidimensionnelles, de déterminer directement les zones inondées.

====Formulation classique====

Le plus souvent les équations de Barré de Saint Venant s'écrivent sous la forme synthétique suivante :

à une dimension (modèle dit 1D ou [[Modèle filaire (HU)|filaire]]) :

$\frac{\partial U}{\partial t}+\frac{\partial F(U)}{\partial x}=S(U) \quad(1)$

et, à deux dimensions (modèle dit 2D ou multidirectionnel) :

$\frac{\partial U}{\partial t}+\frac{\partial F(U)}{\partial x}+\frac{\partial F(U)}{\partial y}=S(U) \quad(2)$

Nota : Les expressions "modèle 1D" ou "modèle 2D" sont parfois mal comprises, certains les interprétant comme "dans 1 ou 2 directions privilégiées" ; c'est pourquoi il vaut sans doute mieux parler de "modèle filaire" et de "modèle multidirectionnel".

Dans les deux cas :
* $U = \displaystyle\binom{S}{V} \quad(3)$ représente le vecteur des variables conservatives (vitesse moyenne et section mouillée) ;
* $F(U) = \displaystyle\binom{Q}{\frac{V^2}{2} + g.h}\quad(4)$ représente les flux (débit et énergie) ;
* $S(U) = \displaystyle\binom{q}{g.(I-J)} \quad(5)$ représente les termes sources (débit entrant et apport ou perte d'énergie) ;

Avec :
* $h$ : Hauteur d'eau (m) ;
* $S$ : [[Section mouillée (HU)|Section mouillée]] (m²) ;
* $V$ : [[Vitesse d'un écoulement (HU)|Vitesse moyenne]] dans la section droite (m/s) ;
* $Q$ : Débit (m³/s) ( $Q = V.S$ ) ;
* $g$ : Accélération de la pesanteur (m/s²) ;
* $q$ : Apport ou perte latérale de débit (m³/s) ;
* $I$ : Pente du fond (m/m) ;
* $J$ : [[Perte de charge (HU)|Pertes de charge]] par unité de longueur (pente de la [[Ligne d'énergie (HU)|ligne d'énergie]]) (m/m).

====Simplification des équations====

Les différents termes apparaissant dans la deuxième équation de Barré de Saint Venant peuvent prendre des valeurs très variées.

Il arrive donc souvent que certains soient négligeables par rapport aux autres. Il est alors possible de simplifier cette équation et de construire des modèles plus faciles à intégrer. La simplification la plus courante consiste à considérer les termes d'inertie et d'accélération convective comme négligeables. On obtient alors le [[Onde de crue diffusante (modèle de l') (HU)|modèle de l'onde de crue diffusante]] :

$g.\frac{\partial h}{\partial x}=g.(I-J)\qquad(6)$

Mais, même s'ils donnent des résultats souvent acceptables dans de nombreux cas, ces modèles simplifiés ont perdu beaucoup d'intérêt avec le développement d'ordinateurs et de logiciels qui permettent de résoudre rapidement les équations complètes, y compris sur des réseaux complexes.

====Formulation conservative====

Il est possible de modifier la formulation classique précédente (relations 1 à 5), pour obtenir une formulation dite conservative permettant de prendre en compte les ressauts hydrauliques et les fronts d’onde (Toro, 2009). A une dimension, cette formulation est constituée des deux équations suivantes :

$\frac{\partial S}{\partial t}+\frac{\partial Q}{\partial x}=q \qquad(7)$

$\frac{\partial Q}{\partial t}+\frac{\partial {(\frac{Q^2}{S}+g.I_1)}}{\partial x}=g.S.(I-J) \qquad(8)$

en posant :

$I_1 = \int_0^h{(h-η)}.B.dη\qquad(9)$

Avec :
* $B$ : [[Largeur miroir (HU)|largeur miroir]] (m).

Pour prendre en compte les ressauts hydrauliques et les fronts d'onde, il est nécessaire de résoudre ce système d'équations en utilisant un schéma numérique à capture de choc (Toro, 2009).

Pour en savoir plus, voir l'article [[Barré de Saint Venant (équations de) (HU)]].

===Modèles conceptuels de transfert d'onde===

Les [[Modèle de propagation d’ondes de crue (HU)|modèles de propagation d'onde de crue]] sont des [[Modèle conceptuel (HU)|modèles conceptuels]] permettant de simuler la propagation des ondes de crue dans un système hydrologique.

Ces modèles reposent sur l'[[Continuité (équation de) (HU)|équation de continuité]] (relation 10) à laquelle on associe généralement une équation de stockage reliant le volume stocké dans le tronçon aux débits observés ou simulés aux extrémités amont (débit entrant) et/ou aval (débit sortant) du tronçon (relation 11 et ''figure 3'') :

$Q_s(t) = Q_e(t)- \frac{dV_s(t)}{dt}\qquad(10)$

$V_s(t) = f(t, Q_e(t), Q_s(t))\qquad(11)$

Avec :
* $Q_e(t)$ : débit à l'entrée du tronçon (m³/s) ;
* $Q_s(t)$ : débit à la sortie du tronçon (m³/s) ;
* $V_s(t)$ : volume stocké dans le tronçon (m³).

[[File:modele_stock.png|600px|center|thumb|''Figure 3 : Dans les modèles de propagation d'onde de crue, la deuxième équation est le plus souvent obtenue en reliant le volume stocké dans le tronçon aux débits amont et aval par une expression simple, souvent linéaire.'']]

Les modèles de transfert d'onde les plus connus sont le modèle [[Muskingum (Modèle) (HU)|Muskingum]], le modèle de [[Translation simple (HU)|translation simple]] et le [[Stock (modèle de) (HU)|modèle de stock]]. Dans certains cas, il est même possible d'établir un lien entre ces modèles conceptuels et les modèles simplifiés issus des équations de Barré de Saint Venant (Cunge, 1969).

Pour en savoir plus, voir l'article [[Modèle de propagation d’ondes de crue (HU)]].

==Représentation du réseau hydrographique==

Les modèles d'écoulement en réseau et en cours d'eau, qu'ils s'agissent de modèles hydrauliques (comme les [[Barré de Saint Venant (équations de) (HU)|équations de Barré de Saint Venant]]) ou de simples [[Modèle de propagation d’ondes de crue (HU)|modèles de transfert d'ondes de crue]] (comme le [[Muskingum (Modèle) (HU)|modèle Muskingum]]), nécessitent de décomposer le réseau hydrographique étudié en éléments simples sur lesquels il sera possible d'appliquer les équations adéquates. Ces éléments sont de plusieurs natures :
* des [[Nœud (HU)|nœuds]] (qui limitent et connectent les autres objets et permettent de relier les sous-bassins versants au réseau), définis par leurs coordonnées et leur altitude ;
* des [[Ouvrage spécial (HU)|ouvrages spéciaux]] ou des [[Singularité hydraulique (HU)|singularités]], qui peuvent être considérés comme ponctuels, par exemple une [[Chute (HU)|chute]] ou un [[Seuil hydraulique (HU)|seuil]], et qui sont alors affectées à un nœud, ou qui peuvent avoir une certaine extension spatiale (lac naturel ou retenue de barrage, [[Bassin de retenue (HU)|bassin de retenue]], etc.) (voir § "Importance des singularités hydrauliques et ouvrages spéciaux") ; chaque famille réclame une description spécifique ;
* des tronçons de cours d'eau ou de réseau, supposés homogènes qui discrétisent le réseau hydrographique ; un tronçon est défini par ses extrémités, sa longueur, sa pente, son profil en travers (ou les profils en travers à ses deux extrémités), sa rugosité (ou ses rugosités si on distingue plusieurs lits).

Nota : Historiquement, on disait souvent "bief" à la place de tronçon, en référence au vocabulaire de la navigation, et ce terme est encore parfois utilisé.

===Principes du découpage en tronçons===

Le découpage en tronçons est généralement effectué en essayant de conserver des portions aussi homogènes que possible (en profils en travers, pente, nature de matériaux, rugosité, etc.) du système à représenter.
* Dans le cas de la modélisation hydraulique des systèmes d’assainissement, les tronçons sont généralement considérés comme homogènes en [[Pente (HU)|pente]], [[Rugosité (HU)|rugosité]] et [[Profil en travers (HU)|forme de section]].
* Dans le cas de la modélisation d'un cours d'eau, on raisonne plutôt à partir de points particuliers où les caractéristiques du bief sont connues et on considère que la rugosité et la forme de la section évoluent progressivement par interpolation linéaire entre celles des deux sections caractéristiques qui le limitent. En revanche on fait toujours l'hypothèse de la constance des autres paramètres tout le long du tronçon de calcul.

===Importance des singularités hydrauliques et ouvrages spéciaux===

Les systèmes hydrographiques, qu'ils soient naturels ou artificiels, contiennent souvent de nombreuses singularités hydrauliques et ouvrages spéciaux qui vont jouer un rôle important (et même souvent principal dans le cas des systèmes d'assainissement) sur le transfert de l'onde de crue. Ils doivent donc être correctement décrits et représentés par des modèles hydrauliques adaptés. L'expérience montre que c'est le plus souvent la difficulté à bien représenter ces éléments qui limite les performances des modèles d'écoulement. On trouvera, en particulier mais pas seulement, pour l’hydrologie urbaine, une présentation des modèles utilisables aux articles : [[Déversoir d'orage (HU)]] (et autres articles associés), [[Seuil hydraulique (HU)]], [[Chute (HU)]], [[Vanne (HU)]], [[Orifice (HU)]], etc.

Dans le cas de l'utilisation des équations de Barré de Saint Venant, ces singularités jouent un rôle particulièrement important sur les valeurs calculées de vitesse et de hauteur. En effet les hypothèses prises en compte pour les équations ne sont plus valides. Ceci pose des difficultés multiples, par exemple :
* dans un réseau d'assainissement, pour calculer le débit rejeté par un [[Déversoir d'orage (HU)|déversoir d'orage]] ;
* dans le cas de la [[Prévision des crues et des inondations : vue globale (HU)|prévision des crues de cours d'eau]], pour comparer la hauteur d'eau calculée par le modèle et celle mesurée sur le terrain, les stations de mesure étant souvent placée à proximité d'un pont.

===Représentation des zones susceptibles d'être inondées===

Les zones susceptibles d'être inondées peuvent être intégrées dans la description des tronçons. Dans ce cas le profil en travers va distinguer ''a minima'' un lit mineur et un lit majeur. Elles peuvent également être représentées par des objets spécifiques. La situation est différente selon que l'on travaille sur un réseau d'assainissement ou sur un réseau hydrographique naturel.

====Cas des réseaux d’assainissement====

Dans le cas des réseaux d'assainissement les zones affectées par les débordements sont situées en surface. Elles sont donc totalement différenciées du réseau souterrain lui-même. Deux modes de représentation différents peuvent être utilisées selon la modélisation envisagée pour déterminer les zones inondées (voir § "Détermination des hauteurs d'eau et des zones inondées") :
* représenter simplement un réseau de surface (essentiellement composés par les rues) constitué de tronçons de canaux (eux-mêmes décrits de la même façon que précédemment par leur profil en travers, pente, nature de matériaux, rugosité, etc.), communiquant entre eux et communiquant avec le réseau souterrain ;
* utiliser un MNT pour représenter la surface de la ville ; ce second mode étant principalement utile lorsque les volumes épanchés en surface deviennent extrêmement importants.

Il peut également être nécessaire de représenter d'autres réseaux souterrains (par exemple le réseau de métro) ainsi que les relations avec le réseau hydrographique de surface (Paquier, 2009).

====Cas des cours d'eau====

La représentation différenciée des zones d'épanchement des crues est principalement faite lorsque l'on utilise des modèles à casier (voir § suivant). Dans ce cas il faut décrire chacune des zones susceptibles d'être inondée par une surface, une altitude moyenne et les liens qu'elle entretient avec le lit mineur du cours d'eau, ou les chenaux d’écoulement en lit moyen, et les zones adjacentes, en particulier suivant la nature des connexions (seuil, orifice, etc.). On peut aussi avoir recours à un modèle multidirectionnel couplé avec le modèle filaire représentant des écoulements principaux.

==Détermination des hauteurs d'eau et des zones inondées==

Connaître l'évolution des débits à chacun des points d'intérêt n'est pas suffisant. Il faut aussi connaître les hauteurs d'eau atteintes, condition indispensable pour prévoir les [[Débordement (HU)|débordements de réseaux d'assainissement]] ou les zones susceptibles d'être inondées par les crues des cours d'eau. Cette détermination est difficile car la relation entre le débit et la hauteur d'eau n'est absolument pas univoque (à titre d'exemple, dans le cas d'une [[Crue Fluviale (HU)|crue fluviale]], le maximum de hauteur d'eau peut se produire plusieurs jours après le pic de débit).

===Limites des approches utilisant des modèles de transfert d'onde===

Dans le cas de l'utilisation d'un modèle de propagation d'onde de crue, le seul résultat connu est la valeur des débits. Il est donc nécessaire d'utiliser un post-traitement pour en déduire les valeurs de hauteurs d'eau. Du fait de la remarque précédente sur la non univocité de la relation entre hauteur et débit pendant les périodes de crue, il n'est généralement pas suffisant de rechercher la [[Section mouillée (HU)|section mouillée]] et la hauteur avec une simple hypothèse de [[Ecoulement uniforme (HU)|régime uniforme]]. Il est bien sûr possible d'améliorer la prévision en calculant, a posteriori, une [[Ligne d'eau (HU)|ligne d'eau]] en [[Ecoulement graduellement varié (HU)|régime graduellement varié]] à partir des valeurs maximum de débit, mais la validité des hauteurs d'eau atteinte restera faible.

Le calcul des zones inondées, nécessite donc, au moins dans les zones à enjeux, d'utiliser des modèles hydrauliques fournissant à la fois les valeurs de hauteurs et de débit.

===Cas des réseaux d'assainissement===

Dans le cas des réseaux d'assainissement les écoulements se font essentiellement (du moins en France) dans des sections fermées et enterrées. Pour que l'eau arrive en surface la conduite doit donc d'abord se [[Mise en charge (HU)|mettre en charge]] et le débordement se produira lorsque la [[Charge hydraulique (HU)|charge hydraulique]] deviendra supérieure à la profondeur de la conduite (voir [[Débordement (HU)]]).

En théorie, le calcul est donc simple car, si la conduite est en charge et que l'on néglige sa déformabilité ainsi que la compressibilité de l'eau, la relation entre le débit et la vitesse devient bijective, la [[Section mouillée (HU)|section mouillée]] de l'écoulement restant constante puisque la conduite est pleine. Comme on sait établir une relation simple entre les pertes de charge et la vitesse et généraliser les équations de Barré de Saint Venant 1D au cas des écoulements en charge (voir [[Fente de Preismann (HU)]]), il suffit donc de tracer la [[Ligne d'énergie (HU)|ligne de charge]] pour trouver les endroits où elle dépasse le niveau du sol (''figure 4''), ce qui permet d'identifier les zones inondées. Cette méthode, disponible sur tous les outils actuels de simulation de réseau, fournit une première image déjà représentative.

[[File:debordement 2.JPG|800px|center|thumb|''Figure 4 : Débordement d'un réseau d'assainissement.'']]

La réalité est cependant beaucoup plus compliquée pour deux raisons principales.
* Tant que l'eau s'écoule à surface libre dans la conduite, il y a de l'air au-dessus de la ligne d'eau ; au fur et à mesure que le niveau monte, cet air est comprimé et doit s'échapper ; le remplissage total de la conduite, surtout s'il est rapide, va donc s'accompagner de déplacements très brutaux de l'air piégé dans la partie haute et ces déplacements vont très fortement perturber l'écoulement de l'eau, donc la forme de l'hydrogramme (voir ''figure 5'' et article [[Mise en charge (HU)]]) ; il n'existe actuellement pas d'outils opérationnel capable de prendre correctement ces phénomènes en compte.

[[File:mise_en_charge.PNG|600px|center|thumb|''Figure 5 : Exemple des perturbations produites par une mise en charge importante du réseau ; l'hydrogramme réel à l'aval de la zone perturbée est probablement encore plus chaotique que celui tracé ici qui est lissé du fait du pas de temps de stockage des mesures (dans ce cas 1 minute).'']]

* L'eau arrivant en surface ne va généralement pas rester sur place, mais s'écouler dans le réseau de surface constitué par les rues et autres espaces urbains ; la détermination des zones réellement inondées impose donc de représenter aussi les écoulements dans ce réseau de surface. Deux solutions sont possibles :
** représenter simplement un réseau de surface (essentiellement composés par les rues) constitué de tronçons de "canaux" communiquant entre eux et communiquant avec le réseau souterrain et le représenter par un modèle hydraulique 1D (''figure 6'') ;
** utiliser un MNT pour représenter la surface de la ville et utiliser un modèle multidirectionnel (2D) ; ce second mode étant principalement utile lorsque les volumes épanchés en surface deviennent importants.

Dans les deux cas il faut également représenter les connexions (dans les deux sens) entre le réseau souterrain et le réseau de surface par des ouvrages spéciaux adaptés (lois de seuil ou d'orifice).

[[File:inondation_paquier.JPG|800px|center|thumb|''Figure 6 : Exemple de représentation des zones urbaines inondées : débits unitaires maximaux sur le bassin versant du Vieux-Port à Marseille en cas de débordement du réseau d'assainissement ; Source : Paquier (2009).'']]

Dans les deux cas la modélisation des écoulements en surface reste cependant très difficile du fait de la grande complexité des interactions et de la variété et de la diversité des obstacles. A titre d'exemple la ''figure 7'' montre l'effet d'un simple giratoire sur la répartition des hauteurs et des vitesses à un carrefour.

[[File:inondation_paquier2.JPG|800px|center|thumb|''Figure 7 : Effet d’un giratoire sur les caractéristiques de l’écoulement (résultat d'un calcul 2D) ; Source : Paquier (2009).'']]

===Cas des cours d'eau===

Dans le cas des cours d'eau, l'écoulement se fait toujours à surface libre et la difficulté consiste à bien représenter la façon dont l'eau peut sortir de son lit mineur ou des chenaux d’écoulements en lit moyen, généralement bien identifiables, pour aller occuper les différents espaces de son lit majeur, souvent protégés par des digues ou autres obstacles.

Deux approches sont possibles :

* l’ajout au modèle filaire (1D) utilisé sur le lit mineur, et éventuellement sur les principaux chenaux d’écoulement en lit moyen ou majeur, d’un [[Modèle à casier (HU)|modèle à casiers]] permettant de représenter les transferts d'eau, d'une part entre le lit mineur et les principaux chenaux d’écoulements, et d'autre part les zones d’expansion de crue dans les lits moyen et majeur ; ces modèles à casiers sont d'autant plus pertinents que les trois types de lits sont assez bien compartimentés par des infrastructures en remblais, des digues latérales ou des talus routiers ou ferroviaires, qui contraignent les écoulements en lit majeur et conditionnent les stockages consécutifs aux débordements ; les échanges entre casiers sont régis par des lois de transfert (souvent des lois de [[Seuil hydraulique (HU)|seuils]] ou d’[[Orifice (HU)|orifices]]) ;
* l'utilisation d'un modèle hydraulique multidirectionnel (2D), dans le cas où les écoulements vont, au sein du lit mineur (par exemple dans un estuaire large comme la Gironde) ou de la zone inondée, dans plusieurs directions horizontales ; ces modèles fournissent le niveau d’eau ainsi que les composantes horizontales de la vitesse en tous points d’un maillage reposant sur une grille de calcul horizontale ; ils nécessitent des données topographiques et bathymétriques suffisamment précises, en altimétrie (une à deux dizaines de centimètres) et en résolution horizontale (variant de quelques mètres à quelques dizaines de mètres, suivant que les variations altimétriques sont marquées ou pas) ; ils permettent aussi de représenter les écoulements de manière relativement concrète, sur des cartes dynamiques, ce qui facilite la communication au public. Mais ils sont plus lourds à mettre en œuvre, notamment pour la collecte des données nécessaires, même si de très notables progrès ont été faits depuis le début des années 2010 sur la disponibilité et la précision des informations topographiques. Ces modèles 2D peuvent aussi être très utiles pour simuler des écoulements localisés aux abords d’un ouvrage ou d’une autre singularité hydraulique ou consécutifs à l’ouverture d’une brèche dans une digue. Ils peuvent tenir compte d'autres variables climatiques (par exemple le vent).

Lorsque l'on arrive dans une zone urbaine, les difficultés redeviennent les mêmes que dans le cas des réseaux d'assainissement. Par exemple, ces réseaux communiquent avec le cours d'eau et vont parfois fonctionner à contre sens en permettant à l'eau du cours d'eau de pénétrer dans les zones urbaines malgré la présence des digues (ce qui conduit parfois à installer des clapets anti-retour sur les exutoires des réseaux d'assainissement) (''figure 8'').

[[File:cp_tonio180.jpg|800px|center|thumb|''Figure 8 : Effondrement d'un collecteur d'assainissement, conséquence la crue de la Seine en 1910 ; Source : collection cartes postales Antonio Pelicer.'']]

==Bibliographie==
* Cunge, J.A. (1969) : Au sujet d'une méthode de propagation de crue ; Journal of Hydraulics Research ; n°7 ; 1969 ; pp 205-230.
* Paquier, A. (2009) : Rapport final du projet RIVES "Risque d’inondation en ville et évaluation de scénarios" ; Synthèse ; irstea ; 2009, pp.13 ; disponible sur https://hal.inrae.fr/hal-02592265/document
* Toro, E. F. (2009) : ''Riemann Solvers and Numerical Methods for Fluid Dynamics'' ; Springer eBooks ; disponible sur https://doi.org/10.1007/b79761

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
[[Catégorie:Modélisation_des_écoulements_en_réseau_et_en_rivière_(HU)]]

mercredi 10 avril 2024

Prévision des crues et des inondations : vue globale (HU)
Bernard Chocat :

[[File:logo_eurydice.jpg|80px]][[File:Logo OFB_soutien financier.png|120px]]

''Traduction anglaise : Flood forecasting''

Dernière mise à jour : 30/05/2024

Ensemble des actions et processus permettant :
* de surveiller en continu, d'anticiper avec un délai optimum et le plus clairement possible (OMM, 2011), le niveau d'eau et le débit, ainsi que les dates et heures de leur survenance, au niveau de points de prévision situés sur un cours d'eau en crue ou en hautes eaux (sous influence marine, par exemple), par suite de pluies intenses ou de longue durée ;
* d’anticiper les montées de niveau d’eau et les inondations au-delà des points de prévision précités ;
* d’informer les autorités et la population pour qu'ils puissent limiter les conséquences négatives de ces inondations : pertes de vie et santé des riverains, dégâts matériels et pertes économiques, dégradations de l'environnement et du patrimoine culturel.

Avertissement : Cet article, ainsi que ceux auxquels il renvoie ci-dessous, est spécifiquement centré sur la prévision, en France, des crues et des débordements des cours d’eau aujourd’hui pris en charge par le [[Vigicrues / réseau (HU)|réseau]] et le [[Vigicrues / procedure (HU)|système Vigicrues]]. Cette prévision s’appuie notamment sur les données météorologiques produites par [[Météo-France (HU)|Météo-France]], et les données hydrométriques produite par le réseau [[HydroPortail (HU)|HydroPortail]]. D'autres dispositifs de prévision et d'alerte existent, en particulier :
* Prévision de hautes eaux marines produites par le [[SHOM (HU)|SHOM]] et Météo-France ;
* Prévision de crues de cours d’eau plus locaux, assurées par des [[Etablissement Public Territorial de Bassin / EPTB (HU)|Établissements publics territoriaux de bassins]] ou des collectivités territoriales assumant la [[GEMAPI (HU)|compétence GEMAPI]] ou la gestion des systèmes d’assainissement pluvial, en liaison ou non avec des cours d’eau sur leur territoire ;
* Détection des risques d’inondation, par des organismes comme [[Predict service (HU)|PREDICT]] ou [[Météorage (HU)|Météorage]], et/ou aide des maires à la préparation et à la gestion des crises, comme, PREDICT.

Cet article a bénéficié de la relecture et des contributions d’Olivier Payrastre (Université Gustave Eiffel), de Bruno Janet (SCHAPI) et de Nicolas Cavard (SPC Loire-Allier-Cher-Indre). Il constitue une synthèse visant à donner une vision globale de la prévision des crues et des inondations ; il est complété par six autres articles plus détaillés qui approfondissent différents aspects :
* [[Prévision des crues : son historique en France (HU)|Prévision des crues : son historique en France]] ;
* [[Prévisions des crues : les données nécessaires (HU)|Prévisions des crues : les données nécessaires]] ;
* [[Prévision des crues : les modèles utilisés (HU)|Prévision des crues : les modèles utilisés]] ;
* [[Prévisions des crues : erreurs, incertitudes et évaluation des performances (HU)|Prévisions des crues : erreurs, incertitudes et évaluation des performances]] ;
* [[Prévision des crues : les outils opérationnels utilisés en France (HU)|Prévision des crues : les outils opérationnels utilisés en France]] ;
* [[Prévision des crues : développements récents ou en cours en France (HU)|Prévision des crues : développements récents ou en cours en France]].

==Introduction==

L’organisation des missions de de surveillance, de prévision et de transmission de l’information sur les crues, assurées par les services et établissements publics de l’État, a été définie depuis 2003 par la [https://www.legifrance.gouv.fr/loda/id/JORFTEXT000000604335 loi n° 2003-699 du 30 juillet 2003] relative aux risques technologiques et naturels et à la réparation des dommages (articles 41 et suivants, codifiés L. 265-1 à L. 264-3 du code de l’environnement), et complétée par le décret n° 2007-1467 du 12 octobre 2007 (articles R. 564-1 à R. 564-9), abrogés et remplacés par le [https://www.legifrance.gouv.fr/jorf/id/JORFTEXT000047464985 décret n° 2023-284 du 18 avril 2023].

Les points abordés dans cet article sont les suivants :
* l’historique de la prévision des crues en France, où elle s’est constituée comme démarche scientifique et technique à partir des années 1840 ;
* quelques repères sur la prévision des crues en France ;
* les moyens techniques utilisés :
** les données nécessaires,
** les modèles utilisés,
* les erreurs, la maîtrise des incertitudes et l’évaluation des performances ;
* les outils opérationnels (plates-formes d'intégration des données, de pilotage des modèles et de présentation des résultats ; outils de supervision ; outils d’expertise pour valider et contextualiser les résultats ; outils d’aide pour les retours d’expérience ; outils pour l’entretien de la mémoire des inondations) utilisés en France ;
* les principaux développements récents et les évolutions en cours,
* l’organisation des services en France,
* une ouverture sur la présentation de plusieurs systèmes de prévision des crues ailleurs dans le monde.

==Historique de la prévision des crues en France==

En France, le développement de méthodes et de services de prévision des crues a commencé suite aux grandes crues du XIXème siècle, en particulier les crues du Rhône et de la Saône en 1840, et de la Loire en 1846. Les premiers services spéciaux chargés des études relatives aux inondations de la Loire, du Rhône, de la Garonne et de la Seine furent ainsi créés par Napoléon III en 1856, puis étendus à la Meuse en 1858. L’organisation de l’annonce des crues par bassins versants (bien avant la création des [[Agence de l'eau (HU)|Agences de bassin]] par la [[Lois sur l'eau (HU)|Loi sur l’eau de 1964]]) fut ensuite généralisée par les circulaires du 7 août 1879 et du 1er mai 1881.

Les pionniers (Belgrand, 1872) et leurs collaborateurs développèrent des principes dont certains restent d’actualité et connurent de belles réussites en prévoyant assez précisément des crues de la Loire et de la Seine.

Suite à la crue de la Seine en 1910, pour laquelle une partie des prévisions était satisfaisante, mais qui a aussi révélé des faiblesses, l’État a défini un dispositif national de prévision des crues dont la conception paraît moderne encore aujourd'hui. Malheureusement la première guerre mondiale provoqua un effondrement de cette organisation en plein démarrage, qui fut de plus supplantée dès 1919 par l’intérêt suscité par l’hydroélectricité.

Le XXème siècle a été marqué par de grands progrès à la fois en termes de modélisation et de métrologie. Mais les difficultés opérationnelles ont persisté deux générations durant, avec des services plus ou moins en charge de la prévision des crues, essentiellement au niveau départemental, et des instances de coordination faibles et hétérogènes. Il faudra attendre les grandes crues du début des années 1980 pour que l'État engage la structuration plus forte de l'organisation de la prévision des crues. Les réformes entreprises restèrent cependant timides, avant qu’une nouvelle série de catastrophes au début des années 2000 ne donne l’énergie et la légitimité pour mettre en place une organisation vraiment plus efficace.

Pour en savoir plus sur ce sujet, voir l’article [[Prévision des crues : son historique en France (HU)]] qui décrit les démarches menées et évoque les outils développés pendant 3 périodes, chacune durant de 60 à 75 ans :
* de 1840 à 1914, le temps des pionniers ;
* de 1914 à 1984, une stagnation voire un recul des services rendus, mais un net progrès des connaissances et une maturation des outils ;
* depuis 1984, année de restructuration de l’Annonce des crues, un mouvement de modernisation, de structuration et de renforcement des services rendus.

==Quelques repères pour la prévision des crues et des inondations en France==

===La surveillance des cours d’eau, la Vigilance « crues » et le site Vigicrues===

La surveillance des cours d’eau et l’anticipation des crues et des inondations est la première fonction des services chargés de la prévision des crues. Elle permet d’alerter à temps les responsables de la sécurité civile et les populations concernées sur les risques de submersion par débordement de cours d’eau, qui peuvent être associés à d’autres phénomènes (par exemple en zone fluvio-maritime).

Après un développement réalisé par le [[Service central d’hydrométéorologie et d’appui à la prévision des inondations / SCHAPI (SCHAPI) (HU)|SCHAPI]] (qui pouvait s’appuyer sur des antécédents s’adressant aux autorités de l’État et des collectivités dans les bassins de la Loire et du Rhône), le vigilance crue a été rendue opérationnelle, en France métropolitaine, à partir du 11 juillet 2006, lors de la mise en service du [http://www.vigicrues.fr site vigicrues], accessible aussi au grand public.

Elle a ainsi complété la vigilance météorologique qu’avait créée [[Météo-France (HU)|Météo-France]] en 2001, avec laquelle elle s’articule. En page d’accueil du site [https://www.vigicrues.gouv.fr/ Vigicrues], on trouve une information synthétique sur les risques d’inondation par débordement des principaux cours d’eau métropolitains français surveillés par l’État, représentée par une carte de vigilance où les tronçons assez homogènes de ces cours d’eau sont colorés suivant un code indiquant la gravité des inondations prévues, dans les 24 heures à venir (voir ''figure 1'') :
* Rouge : Risque de crue majeure : menace directe et généralisée de la sécurité des personnes et des biens ;
* Orange : Risque de crue génératrice de débordements importants susceptibles d’avoir un impact significatif sur la vie collective et la sécurité des biens et des personnes ;
* Jaune : Risque de crue génératrice de débordements et de dommages localisés ou de montée rapide et dangereuse des eaux, nécessitant une vigilance particulière, notamment dans le cadre d’activités exposées ou saisonnières ;
* Vert : pas de vigilance particulière requise.

[[File:prevision_crues_Fig1_20240401124351_Vigicrues-Carte-de-vigilance-cruesnationale.jpeg|600px|center|thumb|''Figure 1 : Carte nationale interactive de vigilance « crues » affichée le 01/04/2024 à 9h 55, maximum de la crue de la Vienne à Chinon ; Source : [http://www.vigicrues.fr Site vigicrues]'']]

Plusieurs améliorations ont été successivement apportées au cours des années 2010, notamment une version destinées aux téléphones mobiles ainsi que des possibilités d’abonnements et d’avertissements personnalisés paramétrables pour les collectivités et les citoyens.

L'[https://www.legifrance.gouv.fr/circulaire/id/45225 instruction du gouvernement du 14 juin 2021] relative à la mise en œuvre des évolutions du dispositif de vigilance météorologique et de vigilance crues, ainsi que la note technique associée, précisent le cadre général du dispositif des vigilances, les exigences, les objectifs et les principes directeurs, ainsi que les évolutions du dispositif, les relations entre services lors des épisodes hydrométéorologiques et la communication relative au dispositif.

La [https://www.bulletin-officiel.developpement-durable.gouv.fr/notice?id=Bulletinofficiel-0032931&reqId=8ee4176e-f165-4801-b9a8-1c2dd54f1177&pos=1 note technique ministérielle du 18 janvier 2023] relative à la production opérationnelle de la vigilance crues détaille le rôle des services de Prévision des Crues (SPC) et du [[Service central d’hydrométéorologie et d’appui à la prévision des inondations / SCHAPI (SCHAPI) (HU)|service central d'hydrométéorologie et d'appui à la prévision des inondations (SCHAPI)]] de la direction générale de la prévention des risques (DGPR) dans la chaîne de production de l'information de vigilance crues. Elle précise les responsabilités respectives des [[Service de prévision des crues (HU)|SPC]] et du SCHAPI et les modalités d'échanges entre eux. Elle intègre le rôle des cellules de veille hydrologique (CVH) outre-mer. Elle apporte des éclaircissements importants sur les modalités de détermination des niveaux de vigilance crues et sur la rédaction des bulletins de vigilance. Elle abroge et remplace la note technique précédente du 20 février 2015 sur le même sujet.

En cliquant, sur un ordinateur ou un smartphone, sur l’un des cours d’eau couverts par la carte de vigilance crues (''figure 1''), le territoire du SPC auquel il est rattaché s’affiche avec un niveau de zoom réglable permettant de cliquer sur chacune des stations de mesures télétransmises, généralement repérées par le nom de la commune où elles sont positionnées. On fait alors apparaître des diagrammes montrant le déroulement dans le temps des mesures hydrologiques observées jusqu’au moment de la consultation. Pour les stations de prévision, lorsque le tronçon de cours d’eau est coloré en jaune, orange, ou rouge, ce diagramme est complété par des prévisions indiquées dans le bulletin local ou, de plus en plus souvent, par l’affichage des prévisions pour les heures ou les jours suivants, comme précisé et illustré dans la section suivante (''figures 2 et 3'').

Cette vigilance crues est articulée avec la vigilance météorologique émise par Météo-France. Une présentation très pédagogique de la succession des principales étapes de consultation du site Vigicrues et de leur présentation, avec des particularités pour le SPC Gironde-Adour-Dordogne, est accessible via le lien : https://www.nouvelle-aquitaine.developpement-durable.gouv.fr/IMG/pdf/document_vigicrues.pdf

===La représentation de la dynamique (observation et prévision) des crues===

La dynamique des crues est représentée sur le site Vigicrues par :
* des [[Limnigramme (HU)|limnigrammes]], diagrammes représentant l’évolution dans le temps des niveaux d’eau mesurés sur chaque station de mesure, et régulièrement télétransmis (''figure 2'') ;
* de plus en plus fréquemment, des [[Hydrogramme (HU)|hydrogrammes]], représentant l’évolution dans le temps des débits évalués via des [[Courbe de tarage (HU)|courbes de tarage]] calées sur des [[Jaugeage (HU)|jaugeages]] (étalonnant la relation entre niveau d’eau et débit), effectués notamment en crue (''figure 3'') ;
* enfin, lorsque c’est possible, pour les points de prévision, moins nombreux, les hydrogrammes et limnigrammes des données observées jusqu’au moment de la diffusion de nouvelles prévisions, prolongés par les valeurs prévues pour les phases suivantes, avec une évaluation des incertitudes associées (''figure 4'').

[[File:prevision_crues_Fig2_20240401_154442_Vigicrues-Lussac-les-Châteaux-Vienne_h-obs.jpeg|600px|center|thumb|''Figure 2 : Affichage sur Vigicrues le 01/04/2024 à 15h 45 du limnigramme d’observation des hauteurs d’eau sur la totalité de la crue de la Vienne à la station de Lussac les Châteaux (pont de Mazerolles), après l’entrée de la rivière dans le département de la Vienne ; Source : [http://www.vigicrues.fr Site vigicrues]'']]

[[File:prevision_crues_Fig3_ 20240401_134419_Vigicrues-Chinon-Vienne_Q-obs.jpeg|600px|center|thumb|''Figure 3 : Affichage sur Vigicrues le 01/04/2024 à 13h 44 de l’hydrogramme d’observation des débits à la station de Chinon, au début de la décrue de la Vienne ; Source : [http://www.vigicrues.fr Site vigicrues]'']]

[[File:prevision_crues_Fig4_20240401_13-36-10_Vigicrues-Chinon-Vienne_h_obs-et-previ.jpeg|600px|center|thumb|''Figure 4 : Affichage sur Vigicrues le 01/04/2024 à 13h 29 du limnigramme d’observation des hauteurs d’eau avec affichage graphique des prévisions (et des incertitudes associées, dans un intervalle de confiance de 80 %) à la station de Chinon sur la Vienne ; Source : [http://www.vigicrues.fr Site vigicrues]'']]

===Principales phases et caractéristiques d’une crue===

Les principales phases et caractéristiques d’une crue sont :
* la montée des eaux, en spécifiant si possible son rythme et les seuils de débordements importants ;
* le maximum, ou les maximums (en cas de crue à plusieurs pics ou d’influence par une marée à forts coefficients), en donnant des indications sur la durée de ce(s) maximum(s) ;
* la décrue et son rythme.

Les délais de l’anticipation résultent d’un compromis. Ils doivent être :
* assez longs, pour permettre ou faciliter les procédures :
:* d’alerte ;
:* de mise en sécurité des personnes ; et, si possible,
:* de réduction de la vulnérabilité des biens ;
* mais pas trop prématurés, pour s’assurer de délivrer des informations suffisamment justes, fiables, et contextualisées pour pouvoir aider :
** les gestionnaires de crise à assurer de façon judicieuse la sécurité, l’alerte et les secours, et,
** les personnes susceptibles d’être touchées par les inondations à limiter les risques.

Les points de prévision sont choisis en amont ou au droit des zones inondables les plus vulnérables, et prioritairement sur des sections de cours d’eau où les mesures de niveau d’eau et de débit en crue sont les plus fiables.

===Les prérequis pour la mise en œuvre de la prévision des crues===

Il est en premier lieu nécessaire de recueillir les données relatives à l'évènement en cours, lesquelles constitueront des entrées représentant la distribution spatio-temporelle de la pluie et des écoulements, ainsi que des variables d’état ou des ordres de grandeur, à ajuster par la suite, des paramètres, pour les méthodes ou les modèles de prévision. Ces données sont :
* des valeurs de caractéristiques physiques des bassins versants et des tronçons de cours d’eau pris en compte (topographie, bathymétrie des cours d’eau, nature et occupation des sols, etc.) ;
* des mesures en [[Temps réel (HU)|temps réel]] des précipitations pluvieuses (ponctuelles - par [[Pluviomètre (HU)|pluviomètres]] -, ou surfaciques - par [[Radar météorologique (HU)|radar météorologique]], ou par produit de fusion de données radar et de pluviomètres-) et, dans certains cas, de stocks de neige ;
* des mesures en temps réel de niveau d’eau et de débit sur le cours d’eau considéré et sur ses affluents, en amont du point de prévision ;
* des prévisions météorologiques des précipitations pluvieuses et des autres paramètres influant la formation des crues (température, humidité des sols, etc.).

La mise en œuvre de prévisions nécessite ensuite le choix des méthodes ou modèles numériques, qui doivent être à la fois robustes (vis-à-vis des instabilités de calcul), suffisamment complexes pour rendre compte de la réalité (y compris hors du champ documenté des évènements antérieurs), et suffisamment rapides pour fournir des simulations dans les temps impartis. Ces modèles cherchent à représenter deux grandes catégories de processus :
* la transformation de la pluie en débit à l’exutoire des bassins versants situés à l’amont du réseau hydrographique principal ; cette transformation « pluie - débit » prend en compte le ruissellement superficiel ou souterrain ainsi que les écoulements dans les réseaux hydrographiques en amont de points d'entrée dans le réseau hydrographique modélisé, ainsi que les apports latéraux intermédiaires entre deux points de calcul sur ce réseau principal ; ces modèles sont qualifiés d'[[Modèle hydrologique (HU)|hydrologiques]] ;
* les écoulements hydrauliques dans le réseau hydrographique principal, constitué de [[Tronçon (HU)|tronçon]] de cours d’eau, ainsi que de divers ouvrages, jusqu'aux points (ou sections transversales) faisant l'objet d'une prévision ; ces modèles sont qualifiés d'hydrauliques ou d’hydrodynamiques.

Enfin, l’exploitation des données et des résultats des modèles doit pouvoir être reprise à chaque cycle de prévision, en respectant les horaires de diffusion annoncés. En France, pour la production de la vigilance crues diffusée sur le site Vigicrues, un point complet sur la situation hydrométéorologique est effectuée a minima deux fois par jour (10h et 16h), et la cadence est augmentée si des modifications notables de la situation rendent obsolètes une partie des informations précédentes.

===Les démarches favorisant l’efficacité de la prévision des crues===

====Remonter aussi loin que possible à l’amont des processus de formation des crues====

Les premières annonces et prévisions des crues portaient sur la propagation amont-aval des ondes de crues déjà formées. Elles se sont assez vite révélées insuffisantes, en particulier pour les [[Crue soudaine (HU)|crues soudaines]]. Pour prévoir l'évolution des crues à l’exutoire de bassins versants plus réactifs ou simplement de moindre taille, et pour allonger le délai de prévision, il a fallu remonter de plus en plus à l'amont des processus :
* dans un premier temps on s’est appliqué à prévoir les débits à l’exutoire des bassins versants alimentant les cours d’eau principaux, ce qui nécessite de mieux quantifier la pluie précipitée et de la transformer en débit ; ce premier défi n'est pas encore totalement relevé ;
* puis, pour gagner encore en délai, il s’est avéré nécessaire d’avoir recours à une prévision de ces précipitations, ce qui reste particulièrement complexe lorsqu’elles ont une composante convective. Cela a conduit à travailler plus encore avec les météorologues pour qu’ils développent des méthodes fournissant des prévisions de plus en plus fiables et précises, dans le temps et dans l'espace, notamment pour représenter les incertitudes.

====Intégrer toute la chaine des phénomènes générateurs de risques ====

Il s’agit, notamment, d’aussi bien que possible :
* mesurer et prévoir la pluie ;
* en déduire les débits générés à l’amont du réseau hydrographique ;
* représenter le transfert des ondes de crue dans le système hydraulique ;
* prévoir les conséquences en termes de niveaux atteints, de zones inondées et de profondeurs de submersion ;
* identifier les tronçons de cours d’eau présentant des risques notables de pertes de vies humaines et des [[Enjeu (HU)|enjeux]] vulnérables aux inondations prévues.

====Soigner la présentation des résultats de prévision ====

Les résultats des prévisions doivent être formulés et diffusés aux autorités et à la population sous une forme :
* claire, directe et gratuite (c’est l’un des objectifs centraux, en France, du site Vigicrues évoqué plus haut) ;
* de plus en plus précise au fur et à mesure de la formation de la crue, à partir :
** d’une indication générale, au démarrage d’un évènement, sur la formation probable d’une crue et sur son niveau de gravité (il s’agit de l’objectif de la carte de vigilance crues),
** puis, au fur et à mesure que la crue se forme, d’une prévision de son ampleur ainsi que de son délai de montée et de développement (c’est l’objectif des prévisions chiffrées fournies aux points de prévision, en complément des mesures) ;
** ces prévisions pourront généralement être affinées et offrir plus d’anticipation, de fiabilité et de précision lorsque les points de prévision se situent à l'aval d'un grand bassin versant ;
* anticipatrice (affichage des prévisions) et transparente (affichage des prévisions avec celui des incertitudes associées) ;
* concrète pour les destinataires, ce qui conduit à compléter les prévisions de niveau d'eau et de débit avec une prévision des [[Zone Inondée Potentielle /ZIP (HU)|zones inondables potentiellement]] et des profondeurs de submersion a priori (sans cependant pouvoir prendre en compte divers évènements localisés ou difficiles à anticiper, comme des ruptures d’ouvrages (digues par exemple), ou des sur-inondations dues à des apports de cours d’eau locaux, ou à des ruissellements localisés, ou bien à des obstacles fortuits - embâcles par exemple - ou inconnus jusque-là) ; la prévision des contours des inondations prévues, et des profondeurs de submersion dans les divers secteurs qui y seront soumis, est très utile pour que les gestionnaires de crise et la population puissent évaluer correctement les conséquences possibles, et déterminer les mesures et opérations qu’il est possible ou non de prendre ou mener.

====Faire preuve d’une grande rigueur opérationnelle====

Toutes ces actions d’évaluation, de modélisation et de communication doivent s’opérer en temps réel, ce qui impose une rigueur particulière pour concilier fiabilité et efficacité. Les principales conditions à respecter sont les suivantes :
* avoir défini à l’avance les méthodes et les protocoles de façon à limiter, en phase opérationnelle, les atermoiements générateurs de confusion et de perte de temps ;
* avoir priorisé en amont les secteurs les plus vulnérables et ceux pour lesquels il est réellement possible de fournir des anticipations pertinentes, de façon à définir les points de prévision qui s’avéreront les plus utiles, ce qui peut impliquer de renoncer à une prévision équivalente en d’autres points, malgré des pressions sociales parfois fortes ;
* confronter, tout au long de l'évènement, les résultats des prévisions et les observations, puis procéder à des corrections sur les modèles ou leurs résultats, ainsi que sur les données d’entrée lorsque des erreurs de mesure sont mises en évidence ;
* échanger efficacement durant les évènements (et après) avec les divers partenaires impliqués, notamment les responsables, à divers niveaux, de l’alerte et des secours, ainsi qu'avec les autorités politiques ;
* préparer et organiser des modes de fonctionnement dégradé à activer au cas où certaines éléments du système de prévision s’avèreraient inopérants (appareils de mesure, de télétransmission de données, moyens de communications avec les partenaires, alimentation électrique, intégrité des locaux des centres de prévision, etc.).

===Les domaines avec lesquels la prévision des crues et des inondations est en forte interaction===

On peut noter plusieurs liens très forts entre la prévision des crues et :
* l’[[Hydrométrie (HU)|hydrométrie]] (mesure des niveaux d'eau et des débits, mais aussi de la pluie, pour compléter les données fournies par les services météorologiques), association datant des origines de ces deux disciplines ;
* l’[[Hydrologie (HU)|hydrologie générale]] (et même [[Hydrologie urbaine (HU)|urbaine]]), qui étudie les effets des précipitations et leur écoulement au sein des bassins versants, en amont des cours d'eau, puis au sein de ceux-ci ; l'hydrologie est en permanence sollicitée pour renforcer la fiabilité et la précision des méthodes et outils de modélisation utilisés pour la prévision des crues ;
* la météorologie, particulièrement via Météo-France, pour les données observées et prévues fournies en temps réel, notamment sur la pluie, l’humidité des sols, la température ainsi que, éventuellement, les stocks neigeux ;
* les services cartographiques et géomatiques pour la connaissance de la topographie, avec une altimétrie précise des zones inondables, une description fine de la géométrie des cours d’eau, de la couverture des sols et des infrastructures exposées aux inondations ;
* la communication, avec :
** les autorités (préfets, voire ministres, maires et services placés sous leur responsabilité) ;
** les services chargés de l'alerte et des secours ;
** les médias ;
* et, via le site Vigicrues, les services ou partenaires cités, ainsi que la population (habitants, mais aussi les responsables de services et d'entreprises, les responsables associatifs, les élus de quartier, etc.) concernée par une inondation.

==Les moyens techniques à mettre en œuvre ==

=== Présentation générale ===

La prévision des crues nécessite l'utilisation conjointe et complémentaire de données, dont certaines doivent être acquises en temps réel, et de modèles de simulation. Ces outils sont cependant insuffisants. Il est nécessaire de leur associer des procédures permettant de tenir compte d'éventuelles erreurs et d'évaluer les incertitudes associées aux prévisions de débit ou de niveau. De plus, du fait des très fortes contraintes temporelles et de la multiplicité des opérations de contrôle inhérentes à l'activité des prévisionnistes, ainsi que de la nécessité pour eux de se concentrer sur l’analyse équilibrée de la situation et la bonne formulation des messages, les outils de gestion de données et de modélisation doivent être rassemblés sur des plates-formes opérationnelles performantes. Celles-ci doivent également être associées à des outils de nature différente apportant une aide aux prévisionnistes et aux chercheurs en mettant à leur disposition l'expérience des événements importants déjà observés. Cette expérience du passé doit aussi être enrichie en permanence par les particularités de l’évènement en cours. Enfin, une fois la prévision établie et fiabilisée, ces plates-formes doivent aider à communiquer, vite et clairement, aux autorités impliquées dans l’alerte et les secours, ainsi qu’aux personnes menacées.

Ces différents éléments sont développés dans les paragraphes suivants.

===Les données nécessaires ===

Ces données sont déterminées par la façon dont on simplifie la représentation de la réalité hydrologique des bassins versants et des cours d’eau, avec des formules mathématiques ou graphiques, et, de plus en plus fréquemment, à l'aide de modèles numériques. En identifiant les confluences de cours d’eau principales (celles où l’affluent peut apporter des débits notables et où l’[[Onde de crue (HU)|onde de crue]] peut être très différente de celle du cours d’eau principal), on définit des bassins versants élémentaires dont l’exutoire se situe à ces confluences, en identifiant les lignes de partage des eaux correspondantes. On ajustera, si nécessaire, la taille des bassins versants en fonction des modèles utilisés, et réciproquement. Les tronçons de cours d’eau entre ces confluences (avec des sous-tronçons, s’il y a des discontinuités importantes dans le [[Faciès (HU)|faciès]] du cours d’eau) constituent le réseau hydrographique principal du cours d’eau modélisé ou pris en compte par les formules de prévision.

Au cours de chaque cycle de prévision, deux types d’opérations sont menées pour représenter les écoulements :
* sur chaque bassin versant élémentaire : la transformation de la pluie précipitée et prévue sur celui-ci en débit à son exutoire, en intégrant les nouvelles mesures disponibles depuis le lancement de la dernière prévision jusqu’au lancement du nouveau cycle de prévision ; c’est la simulation hydrologique ;
* dans le réseau hydrographique principal modélisé : la représentation de la propagation de la crue, c’est la simulation hydraulique, ou hydrodynamique.

Finalement, les données nécessaires pour procéder à la prévision sont de 3 types :

'''1/ Les données observées, qui seront des données d’entrée, ou de contrôle, des modèles numériques ou formules'''. Elles concernent :
* la description de la pluviométrie, évaluée à partir des mesures aux pluviomètres et des images des radar-météorologiques, pour représenter l’évolution de sa [[Répartition spatio-temporelle des précipitations (HU)|distribution spatio-temporelle]] sur chaque bassin versant élémentaire ; ainsi que certaines données météorologiques (températures par exemple pour détecter les précipitations ou la fonte de neige, ainsi que le gel) ou hydrologiques complémentaires (comme l’[[Evapotranspiration (HU)|évapotranspiration]] potentielle) ;
* l’évaluation des écoulements dans les cours d’eau du réseau hydrographique principal modélisé, avec les mesures hydrométriques, donnant les valeurs des niveaux d’eau mesurés, et celles des débits (calculés, à partir des hauteurs d’eau via des courbes de tarage, ou des mesures directes), ceci :
** à l’exutoire des bassins versants élémentaires, et,
** au niveau des extrémités de chacun des tronçons ou sous-tronçons de cours d’eau du réseau hydrologique principal ;

'''2/ Les valeurs attribuées aux variables d’état, permettant de caractériser les systèmes modélisés et pouvant être mesurées ou évaluées.''' Elles concernent en particulier :
* pour la transformation pluie-débit : la surface du bassin versant, ou de ses subdivisions en cas de [[Modèle distribué (HU)|modèle distribué]], leur pente, leur allongement, l’humidité initiale (Soubeyroux ''et al.'', 2009) et la profondeur des sols, etc. ;
* pour la propagation des ondes de crues dans les tronçons de calcul du réseau hydrographique principal : les caractéristiques des chenaux d’écoulement des tronçons de calcul, définis en fonction des variations de la géométrie des cours d’eau : leur longueur, la pente longitudinale du lit, la géométrie des sections transversales des lits majeur, moyen et mineur, etc.

'''3/ un ordre de grandeur des paramètres utilisés dans les [[Modèle conceptuel (HU)|modèles conceptuels]] ou [[Modèle empirique (HU)|empiriques]], ou même à [[Modèle à base physique (HU)|base physique]], eux aussi forcément simplificateurs de la réalité décrite.'''

Il s'agit généralement de variables non mesurables et même difficilement évaluables directement. L'objectif consiste à estimer leur ordre de grandeur, avant de les ajuster par calage à partir de jeux de données historiques (jeux de données pluviométriques et hydrométriques). Ces jeux de données doivent avoir été critiqués et être aussi longs ou riches en crues significatives qu’il est possible. Le calage, sur une partie du jeu de données, consiste à ajuster les valeurs des paramètres pour minimiser les erreurs de modélisation (les écarts entre les résultats de modélisation et les données observées, puis critiquées, correspondantes). La validation, sur l’autre partie du jeu de données, consiste à s’assurer de la validité du calage.

L'article [[Prévision des crues : les données nécessaires (HU)]] présente plus en détail ces données à utiliser en temps réel, en distinguant celles qui relèvent :
* des mesures pluviométriques,
** acquises en cours d’évènement (pour la prévision des crues) ou disponibles dans des séries historiques enregistrées (pour le calage ou l’évaluation des modèles),
** ainsi que déduites des prévisions météorologiques,
* des mesures hydrométriques, acquises en temps réel ou provenant de séries historiques enregistrées,
* des variables d’état et des paramètres, ces deux catégories étant assez voisines, mais distinguées de manière différente suivant les modèles, qui concernent :
** les caractéristiques des bassins versants, nécessaires aux modèles hydrologiques de prévision, acquises le plus souvent en préalable ou dépendant des antécédents pluvieux, et, pour les paramètres, ajustées par calage des modèles ;
** les caractéristiques des divers tronçons de calcul de la propagation des ondes de crue dans le réseau hydrographique principal des cours d’eau modélisés et la topographie des zones inondables, déterminées de la même façon.

Il convient de veiller, pour que les modèles conservent dans le temps toute leur pertinence, à actualiser la caractérisation de l’occupation des bassins versants et des lits (mineurs, moyens ou majeurs), de la géométrie des ouvrages hydrauliques, ou des infrastructures qui y sont implantées.

===Les modèles mis en œuvre pour la prévision des crues===

Les mécanismes et les principales caractéristiques de l’utilisation de ces modèles sont évoqués dans les § « Les phases de la prévision des crues et des inondations » et « Les conditions pour l’efficacité de la prévision des crues » ci-dessus.

Ces modèles sont présentés de manière plus approfondie dans l'article [[Prévision des crues : les modèles utilisés (HU) |Prévision des crues : les modèles utilisés (HU)]], qui traite successivement les points suivants :
* présentation générale de ces modèles ;
* rapide historique du développement des formules et modèles pour la prévision des crues ;
* pour les modèles hydrologiques :
:* les divers modèles utilisables, et la stratégie du réseau Vigicrues pour le développement et la tenue à jour de ceux qu’il a été décidé d’utiliser préférentiellement,
:* les points d’attention majeurs pour :
::* leur construction, notamment leur calage,
::* leur utilisation, notamment leur initialisation en phase opérationnelle et leur fonctionnement en extrapolation des mesures utilisées pour le calage,
::* leur amélioration, par utilisation de modules d’assimilation des données, ou par suite des évènements les plus marquants, à travers les [[Retour d’expérience / REX (HU)|retours d’expérience]] et les rejeux,
:* le cas particulier des modèles géographiquement distribués à base assez physique ;
* pour les modèles hydrauliques (ou hydrodynamiques) :
:* les divers modèles utilisables, et la stratégie du SCHAPI pour le développement de ceux qu’il a été décidé d’utiliser préférentiellement,
:* les points d’attention majeurs pour leur construction, notamment :
::* le recueil des variables d’état,
::* les hypothèses de modélisation pour la prise en compte des apports intermédiaires entre deux points de calcul, et le calage des paramètres,
::* leur utilisation en initialisation de phase opérationnelle, notamment, pour [[MASCARET (HU)|MASCARET]], ainsi que leur fonctionnement en extrapolation des mesures utilisées pour le calage,
::* leur amélioration, par utilisation de modules d’assimilation des données, ou par suite des évènements les plus marquants, à travers les retours d’expérience et les rejeux, en modes « calage » ou « pseudo-prévision ».

===Maîtrise des erreurs et des incertitudes - évaluation des performances de prévision===

Les mesures sur la pluie et les écoulements des cours d’eau sont imparfaites ; c'est également le cas des modèles de prévision des pluies ou des crues. Ces imperfections génèrent, dans les prévisions, des erreurs, qui se traduisent par des écarts entre la donnée prévue, par exemple une hauteur d’eau dans 2 heures sur une échelle de crue, et la mesure correspondante, télétransmise peu après cette échéance.

Il existe dans Wikhydro un ensemble de fiches, élaborées entre 2013 à 2015 par un groupe de travail constitué de prévisionnistes du SCHAPI et des SPC, ainsi que de chercheurs de Météo-France, de l’IRSTEA et de l’IFSTTAR (devenu l’IGE), qui traitent des différentes incertitudes. Ces fiches sont regroupées dans la catégorie [http://wikhydro.developpement-durable.gouv.fr/index.php/Cat%C3%A9gorie:Incertitudes Incertitudes] et accessibles par ce lien.

Cet aspect est développé dans l'article [[Prévision des crues : erreurs, incertitudes et évaluation des performances (HU)|Prévision des crues : erreurs, incertitudes et évaluation des performances (HU)]], qui évoque successivement :
* Le contexte de l'élaboration des fiches sur l'incertitude de Wikhydro ainsi que leur organisation.
* Les sources des erreurs (dans les mesures et les prévisions de la pluie, les mesures ou les modélisations hydrologiques) et les moyens de les identifier. Ces erreurs ne sont réductibles que jusqu’à un certain point et cela induit un flou autour des prévisions déterministes. Il est donc nécessaire, pour que les utilisateurs des prévisions (les responsables de l’alerte et des secours, ainsi que tous les citoyens concernés) puissent prendre les décisions qui leur reviennent, d’évaluer les incertitudes associées et de les leur communiquer. Celles-ci concrétisent la notion de doute, en la cernant au mieux par une quantification probabiliste. On parle alors de prévision probabiliste, que les prévisionnistes devront chiffrer dans un temps limité, car il s’agit de prévision opérationnelle. En reprenant les termes de la fiche [[A.01 - Incertitude ou erreur]] de la série de fiches déjà citée, on peut dire que les erreurs connues permettent d'évaluer l’incertitude sur la prévision, et l'incertitude anticipe l'erreur, en caractérisant un degré de confiance à accorder à la prévision.
* Les méthodes pour évaluer ces incertitudes, du moins qui sont les plus utilisées dans le Réseau Vigicrues et par les scientifiques du domaine. La communication de ces incertitudes est essentielle, car elles sont encore souvent comprises comme une imperfection de la prévision, alors qu’elles sont inhérentes à la complexité des phénomènes en jeu ; savoir cerner ces incertitudes apporte en fait une information supplémentaire majeure.
* l’évaluation des performances des prévisions en détaillant en particulier les critères de qualité utilisés pour évaluer les prévisions (fiabilité, utilité, précision, finesse, absence de biais systématique, capacité de discrimination) ainsi que les outils d’évaluation de performance de ces prévisions.

==Les outils opérationnels en France ==

Nota : Pour avoir plus de détails sur les éléments présentés dans ce paragraphe voir l'article [[Prévision des crues : les outils opérationnels utilisés en France (HU)]].

===Les outils de supervision des données, des opérations de prévision et des résultats ===

Les outils de supervision sont des interfaces entre les prévisionnistes et le système de prévision. Ils les aident dans l’analyse du fonctionnement des composantes de ce système, ainsi que dans celle de l’évolution des situations hydrométéorologiques, ceci à 3 échelles : nationale, par sous-bassin versant et par point de prévision. Ils permettent notamment :
* de vérifier le bon état des systèmes d’acquisition et de transmission des données et d'identifier les informations pouvant être douteuses, puis de les ajuster si nécessaire ;
* d'enchaîner et lancer les tâches à réaliser par la plate-forme opérationnelle ;
* de recueillir les résultats bruts des modèles et de l’évaluation des incertitudes, de les visualiser et de les comparer à ceux d’évènements comparables sur les mêmes bassins versants, pour s’assurer de leur vraisemblance, et d'apporter les corrections qui lui apparaissent nécessaires ;
* de mettre en forme les résultats expertisés et de piloter l’élaboration de prévisions expertisées ;
* de gérer des alarmes ;
* de préparer l’archivage des prévisions.

Jusqu’au milieu des années 2010, en France, ces opérations étaient réalisées, dans les SPC, avec divers systèmes, dont les interfaces de la plate-forme [[SOPHIE (HU)|SOPHIE]] (Vidal ''et al.'', 1996) et, au SCHAPI, avec des outils transitoires. Elles ont ensuite été effectué en utilisant le Superviseur national branché à la [[Plate-forme Hydro Centrale / PHyC (HU)|Plate-forme Hydro Centrale]] (PHyC) de la Base de données [[HYDRO (HU)|HYDRO]] (devenue en 2022 l’[[HydroPortail (HU)|HydroPortail]]), dont la première version a été utilisée de façon opérationnelle au SCHAPI et dans les SPC qui l’ont souhaité, dès la fin 2015. Début 2024, la version 3 du Superviseur national est opérationnelle et le projet de version 4 est en cours.

===Les plates-formes d'intégration des données, de pilotage des modèles et de collecte des résultats ===

Ces plates-formes automatisent, sous contrôle des prévisionnistes, les opérations :
* de recueil en temps réel des données d’entrée ou d’état des modèles,
* d’alimentation automatisée et complète des modèles avec ces données,
* d’exécution des choix et des enchaînements des modèles, ainsi que des cheminements des données, dans des cas complexes, comme dans les procédures d’assimilation des données.

Par exemple, pour le Système Vigicrues, la [[Plate-forme opérationnelle pour la modélisation / POM (HU)|Plate-forme Opérationnelle pour la Modélisation]] (POM), progressivement opérationnelle depuis 2016 au SCHAPI, puis dans quelques SPC, et maintenant presque tous, aide à :
* recueillir les données d’entrée (ou d’état), connues au préalable, ou bien acquises en temps réel en provenance de diverses sources rapidement citées ci-dessous :
:* concernant les données hydrologiques et les données pluviométriques acquises par les Unités d’Hydrométrie des D(R)EAL et, en y appliquant les prétraitements nécessaires, la Plate-forme Hydro Centrale (PHyC) de l’HydroPortail ;
:* concernant la pluie, l’humidité du sol et la température, l’outil BDImage (issu du projet [[LAMEDO (HU)|LAMEDO]]) :
::* qui rassemble, en les spatialisant, les données observées par les pluviomètres et les radars hydrométéorologiques, ainsi que les résultats de leur fusion,
::* dont l’extension est en cours pour intégrer les résultats, spatialisés aussi, de prévision des modèles de Météo-France,
::* qui recueille aussi, en tant que variables d’état variant sensiblement en cours d’évènement pluvieux : la répartition spatialisée des indicateurs d’humidité des sols calculés par Météo-France (sur la base des antécédents pluviométriques et de température) ainsi que la température influant sur la fonte des neiges ;
* faciliter le choix et l’association des modèles, ainsi que leur enchaînement d’amont en aval, par exemple en cas d’assimilation de données ;
* collecter les résultats de modélisation et les transmettre au Superviseur (Voir ci-dessus) pour examen par les prévisionnistes et, après retour, y appliquer les post-traitements nécessaires avant export vers la [[PHyC (HU)|PHyC]] de l’HydroPortail, ou un site FTP et publier les prévisions sur le site Vigicrues, avec un commentaire concis ainsi que, de plus en plus, l’indication des incertitudes associées.

===Les outils d’expertise pour valider et contextualiser les prévisions ===

Le travail d'expertise consiste à valider et à contextualiser les prévisions et ajuster les incertitudes à afficher (Voir le § «Maîtrise des erreurs et des incertitudes - évaluation des performances » ci-dessus, ainsi que l'article [[Prévision des crues : erreurs, incertitudes et évaluation des performances (HU)|Prévision des crues : erreurs, incertitudes et évaluation des performances]]).

La base de données événementielles de crues SACHA, initialement développée à la DIREN de bassin Rhône-Méditerranée par Pierre-Marie Bechon, est, depuis le milieu des années 2000, assez largement utilisée à cet effet. En 2024, elle est en cours de reprise avec intégration dans d’autres outils existants, comme Octave ou le Superviseur. D’autres outils sont aussi utilisés pour détecter les risques hydrologiques.

===Les outils pour les retours d’expérience ===

La comparaison des prévisions avec les mesures et les constats de ce qui s’est produit ensuite permet de consolider l’expérience des prévisionnistes et de définir des améliorations pertinentes des systèmes d’observation et de prévision, ce qui est d’autant plus précieux que les évènements sont rares, ou atypiques, ou complexes. Pour capitaliser ces informations et nourrir l’expérience collective formalisée dans des bases de données (notamment SACHA) pour la formation des prévisionnistes et hydromètres en vue de crues similaires, ces analyses font l’objet de retours d’expérience formalisés concernant chacune des composantes des évènements significatifs et des démarches techniques pour son observation et sa prévision.

Un outil d’aide à la production de certains modules de [[Retour d’expérience / REX (HU)|retours d’expérience (REX)]] a été développé par le SCHAPI et permet de comparer les hydrogrammes avec les changements de Vigilance. C’est l’outil appelé Express.

==Les outils pour l'entretien de la mémoire==

===La consolidation du réseau des repères de crue===

Les [[Repère de crue (HU)|repères de crues]] sont des marques matérialisant le niveau le plus élevé (les plus hautes eaux) atteint lors d'une inondation historique et la date correspondante. Ce sont des marques physiques, qui peuvent être complétées par des relevés précis de l’altitude des [[Laisse de crue (HU)|laisses de crues]], ainsi que par des photographies ou des vidéos. Ce sont des vecteurs précieux de la mémoire collective, que les maires ont l’obligation légale de conserver, avec l’assistance des services techniques de l’État ([https://www.legifrance.gouv.fr/loda/id/JORFTEXT000000604335 loi Risque n° 2003-699 du 30 juillet 2003], [https://www.legifrance.gouv.fr/codes/article_lc/LEGIARTI000006834591 article L563 3 du Code de l’Environnement]). Un guide méthodologique ([https://www.cerema.fr/fr/centre-ressources/boutique/collecte-informations-terrain-suite-inondation CEREMA, 2017]) donne des éléments de méthode sur :
* l’organisation, en anticipation de l’inondation et immédiatement après ;
* le matériel nécessaire ;
* la procédure de collecte ; et,
* la capitalisation des informations collectées.

L’importance de la précision altimétrique des repères et des zéros d’échelle est à souligner.

[[File:prevision_crues_Fig5_exemples-Repères de crues-renovés.jpeg|600px|center|thumb|''Figure 5 : Exemples de repères rénovés de crues assez anciennes ; Source : https://www.reperesdecrues.developpement-durable.gouv.fr.'']]

Une plate-forme nationale collaborative « Repères de crues » est accessible par le lien https://www.reperesdecrues.developpement-durable.gouv.fr ou depuis la page de garde du site Vigicrues (en bas à droite). Administrée par le réseau Vigicrues, elle a été mise en place à partir de 2016. Elle est ouverte aux contributions des collectivités territoriales, des services de l’État, des associations et du grand public. Les sites indiqués font l’objet d’une qualification en 4 statuts issus d’une vérification et éventuellement d’une expertise. A la fin 2023, plus de de 74 000 « sites » (pouvant regrouper plusieurs repères) sont répertoriés en France.

===La base de données historiques sur les inondations (BDHI) et l’HydroPortail===

La [[Base de Données Historiques sur les Inondations / BDHI (HU)|base de données historiques sur les inondations (BDHI)]] est une base documentaire visant à recenser et décrire les phénomènes remarquables de submersions dommageables d'origine fluviale, marine, lacustre et autres, survenus sur le territoire français (métropole et départements d'outre-mer) au cours des siècles passés ou plus récemment. Ses informations sont structurées autour de « Fiches Document », de « Notes Inondation » et de « Fiches Synthèse », enrichies progressivement. Cependant, le nombre d’évènements concernés reste limité. Au moment de la mise en ligne de cet article, cette base n'était plus accessible au public pour des raisons de failles de sécurité. Elle reste accessible pour les services de l’État, sur le site intranet https://bdhi.e2.rie.gouv.fr.

Les données quantitatives mesurées dans les cours d’eau (3 000 stations de mesure) et les calculs hydrologiques associés sont capitalisés au sein de l’[[HydroPortail (HU)|HydroPortail]], banque nationale de données hydrométriques.

==Les développements récents et les évolutions en cours ==

Nota : Les éléments présentés dans ce paragraphe sont développés plus en détail dans l'article [[Prévision des crues : développements récents ou en cours en France (HU)|Prévision des crues : développements récents ou en cours en France (HU)]].

Les projets correspondant aux évolutions présentées dans ce § étaient déjà pour la plupart en maturation depuis les premières années du SCHAPI et des SPC. Ils complétaient les premiers développements prioritaires, comme la mise en place des premiers outils opérationnels et des premières versions du site Vigicrues. Une communication (Bachoc ''et al.'', 2010) assez large a pu en être faite en conférence introductive d’une session du Colloque de la Société hydrotechnique de France (SHF) tenu en mars 2010 pour marquer le 100ème anniversaire de la crue de la Seine en janvier-février 1910. Les développements auxquels ils ont donné lieu ont été orchestrés par les Projets stratégiques, puis les Plans d’action du réseau pour la Prévision des Crues et l’Hydrométrie (PC&H) qui se sont succédés depuis 2009.

A la suite d’un rapport du Conseil Scientifique et technique du SCHAPI (Becerra ''et al.'', 2013), le projet Vigilance 2, lancé en 2013 par le SCHAPI et les SPC, intégrait l’ensemble des nouveaux services suggérés ou en préparation jusque-là, notamment ceux qui sont cités ci-dessous :
* l’affichage graphique sur le site Vigicrues des prévisions et des incertitudes associées ;
* l’extension de la prévision des crues à la prévision des inondations (''figure 6'') ;
* l’anticipation des crues soudaines par une modélisation hydrologique globale (devenue le produit [[Vigicrue flash (HU)|Vigicrues Flash]]) (''figure 7'') ;
* l’amélioration des prévisions en zones côtière et fluviomaritimes ;
* l’amélioration des moyens de communication et d’échange avec les destinataires des prévisions.

[[File:Prévision des crues et des inondations figure 6 janet.jpeg|800px|center|thumb|''Figure 6 : Exemple de carte des zones inondées potentielles par classe de hauteur d’eau (ZICH), ici dans la vallée du Tarn, pour une hauteur d’eau de 7 m à la station hydrométrique de Moissac-Sainte-Livrade ; Source : Janet (2023)'']]

[[File:prévision des crues etd es inondations figure 7 janet.jpeg|800px|center|thumb|''Figure 7 : Exemple de carte de Vigicrues Flash ; image du 27/06/2022 (rafraîchie toutes les 15 mn) sur Clermont-Ferrand et alentour ; Source : Janet (2023)'']]

Les méthodes et outils pour l’évaluation des incertitudes associées aux prévisions, qui sont aussi des développements récents et encore en cours, sont présentés dans l'article [[Prévision des crues : erreurs, incertitudes et évaluation des performances (HU)|Prévision des crues : erreurs, incertitudes et évaluation des performances (HU)]].

==Organisation des services en France, et ressources humaines mobilisées==

===Évolutions réglementaires récentes===

Plusieurs évolutions réglementaires récentes sont venues modifier ou préciser l'organisation de la prévision des crues et des inondations.
* Sur la consolidation du réseau pour la prévision des crues. La [https://www.bulletin-officiel.developpement-durable.gouv.fr/notice?id=Bulletinofficiel-0024617&reqId=99527b9b-de11-4119-93f0-d72375ee6753&pos=9 circulaire du 4 novembre 2010], puis l’[https://www.legifrance.gouv.fr/circulaire/id/45225 instruction ministérielle du 14 juin 2021] relatives à la mise en œuvre des évolutions des vigilances météorologique et sur les crues, complétées par la [https://www.bulletin-officiel.developpement-durable.gouv.fr/documents/Bulletinofficiel-0032931/TREP2301553N.pdf note technique du 27 Juillet 2021] relative à l’élaboration de la diffusion des vigilances météorologique et sur les crues, et enfin la [https://www.bulletin-officiel.developpement-durable.gouv.fr/notice?id=Bulletinofficiel-0032931&reqId=8ee4176e-f165-4801-b9a8-1c2dd54f1177&pos=1 note technique du 18 janvier 2023] relative à la production opérationnelle de la vigilance crues, ainsi que le [https://www.legifrance.gouv.fr/jorf/id/JORFTEXT000047464985 décret du 18 avril 2023] sur les missions de surveillance des cours d’eau, de prévision des crues et de production de la vigilance sur les crues ont permis de :
** concentrer les équipes des Services de prévision des crues en métropole pour densifier leur potentiel technique et humain de façon à mieux faire face à l’extension de leurs tâches. Ainsi, leur nombre, qui était de 22 à leur création par la [https://www.bulletin-officiel.developpement-durable.gouv.fr/notice?id=Bulletinofficiel-0001890&reqId=5d922baa-2064-4568-b44d-ad011b6051cc&pos=1 circulaire du 1er octobre 2002], est de 17 depuis l’été 2021 (''figure 8''). Les SPC bénéficient de l’action des 20 Unités d’Hydrométrie (UH) des DREAL. Le dispositif est complété pour les régions et départements d’Outre-mer, par 5 Cellules de Veille Hydrologique (CVH), progressivement développées depuis 2014, et ayant vocation à fonctionner à terme comme les SPC et les unités d’hydrométrie. Le SCHAPI, ainsi que de nombreuses équipes du réseau pour la prévision des crues et l’hydrométrie, sont engagées dans des certifications qualité ISO 2001.
** de mobiliser, à partir de 2011, avec la [https://www.bulletin-officiel.developpement-durable.gouv.fr/notice?id=Bulletinofficiel-0024970&reqId=5afc963a-e92a-4355-bcf3-db8df41e8302&pos=5 Circulaire interministérielle du 28/04/2011], complétée par la [https://www.legifrance.gouv.fr/circulaire/id/44107 Note technique du 29 octobre 2018] relative à l’organisation des missions de référent départemental pour l’appui technique à la préparation et à la gestion de crises d’inondation sur le territoire national, les Directions départementales des territoires (et de la mer) - DDT(M) - qui peuvent, pour cela, notamment s’appuyer, avec l’appui des SPC, sur les jeux de cartes de [[Zone Inondée Potentielle (HU)|Zones Inondées Potentiellement]] (ZIP) et de [[Zone inondable par classe de hauteur d'eau / ZICH (HU)|Zones Inondées par Classes de Hauteur d’eau]] (ZICH) correspondant à une gamme de niveaux d’eau aux points de prévision des crues.

[[File:prevision_crues_Fig8_Territoires-SPC_2022_fig-8.jpeg|600px|center|thumb|''Figure 8 : Carte des territoires couverts par les 17 Services de Prévision des Crues (SPC) en métropole à la fin 2021 ; Source : [https://www.vigicrues.gouv.fr/ftp/bilan_annuel_vigilance.pdf Bilan 2022 de la Vigilance crues]''.]]

* Sur les fonctions du SCHAPI et des SPC. La [https://www.bulletin-officiel.developpement-durable.gouv.fr/notice?id=Bulletinofficiel-0032931&reqId=8ee4176e-f165-4801-b9a8-1c2dd54f1177&pos=1 Note technique du 18 janvier 2023] relative à la production opérationnelle de la vigilance sur les crues (https://www.bulletin-officiel.developpement-durable.gouv.fr/documents/Bulletinofficiel-0032931/TREP2301553N.pdf), aux § 3.4. et 3,5, et le [https://www.legifrance.gouv.fr/jorf/id/JORFTEXT000047464985 décret du 18 avril 2023] ont consolidé les rôles de chacun :
** le SCHAPI assure la responsabilité opérationnelle et le pilotage : du dispositif national de surveillance des cours d’eau ; de la production de la prévision des crues ; de la vigilance sur les crues ; de la transmission des informations correspondantes aux préfets, maires, à divers services de l’État, et aux populations (via le site Vigicrues), en liaison avec les SPC et Météo-France, en restant accessible 7 jours sur 7, 24h sur 24, et assurant, comme les SPC, un service continu en cas de vigilance de niveau orange ou rouge ; plus précisément, le SCHAPI :
*** assure la maîtrise d’ouvrage de l’élaboration ainsi que l’aide à l’installation dans les SPC des outils informatiques nationaux du système Vigicrues (collecte des informations hydrologique en temps réel et échanges d’informations entre services, supervision, prévision, élaboration et diffusion des vigilances) ;
*** trace, comme les SPC, les évènements importants à l’aide du Superviseur national ;
*** reste en lien avec les directions centrales de Météo-France, le Centre Opérationnel de Gestion Interministérielle des Crises (COGIC), éventuellement les préfets et d’autres ;
*** transmet les informations météorologiques et dialoguant avec les SPC pour évaluer la situation hydrologique ;
*** valide les propositions des SPC pour la vigilance, et diffusant celle-ci via le site Vigicrues ;
*** contribue aux Retours d’expérience (REX) sur les évènements marquants et appuie les missions d’inspection auxquelles ils peuvent donner lieu ; il établit aussi des bilans annuels d’activité en matière de vigilance sur les crues et d’hydrométrie.
** Les Services de Prévision des Crues préparent et élaborent les éléments pour la vigilance sur les crues. ; plus précisément, ils :
*** contribuent aux chantiers nationaux d’intérêt commun conduits par le SCHAPI ;
*** maintiennent à jour et perfectionnent les outils ainsi que la connaissance des enjeux d’inondation et des partenaires locaux ;
*** restent en lien avec les Directions Inter-régionales de Météo-France, les services préfectoraux départementaux de protection civile et assurent la fonction de référents techniques départementaux pour la gestion des crises d’inondation (RDI), ainsi que, si nécessaire, les Etats-majors Interministériels des Zones de défense (EMIZ) ;
*** assurent une veille permanente en anticipation des risques de crue et la production au moins biquotidienne des prévisions des crues et de la vigilance sur celles-ci ;
*** tracent, aussi, les évènements importants et contribuent fortement aux Retours d’expérience (REX) des évènements marquants.

===Les compétences requises et leur consolidation===

Les compétences nécessaires couvrent :
* la prévision et la modélisation hydrologique et hydrodynamique ainsi qu’une bonne capacité d’interprétation des données hydrométriques ou pluviométriques ;
* la compréhension des mécanismes et des formalisations des prévisions météorologiques ;
* la maîtrise des technologies de l’information et des communications techniques opérationnelles ;
* l’aptitude à communiquer avec les responsables des administrations de l’État, les responsable
Hauteurs conjuguées (HU)
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''Traduction anglaise : Conjugated heigh''

Dernière mise à jour : 10/04/2024

Dans un ressaut hydraulique, hauteurs en amont et en aval du ressaut.

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
[[Catégorie:Processus_de_base_et_hydraulique_des_réseaux_(HU)]]

samedi 6 avril 2024

ZICH (HU)
Bernard Chocat : Page créée avec « Sigle pour Zone Inondable par Classe de Hauteur d'eau Catégorie:Dictionnaire_DEHUA [[Catégorie:Préventio... »

Sigle pour [[Zone inondable par classe de hauteur d'eau / ZICH (HU)|Zone Inondable par Classe de Hauteur d'eau]]

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
[[Catégorie:Prévention_du_risque_d'inondation_(HU)]]
[[Catégorie:Prévision_du_risque_de_crue_et_d'inondation_(HU)]]
Zone inondable par classe de hauteur d'eau / ZICH (HU)
Bernard Chocat : Page créée avec « ''Traduction anglaise : Potentialy flooded area'' Dernière mise à jour : 06/04/2024 Cartographie plus précise des [[Zone Inondée Potentielle (HU)|Zone... »

''Traduction anglaise : Potentialy flooded area''

Dernière mise à jour : 06/04/2024

Cartographie plus précise des [[Zone Inondée Potentielle (HU)|Zones d'inondation potentielle]] faisant apparaître une hauteur de submersion possible (''figure 1'').

[[File:ZICH_vigicrue.JPG|600px|center|thumb|''Figure 1 : Exemple de cartographie des Zones inondables par classe de hauteur d'eau ; Source : https://www.charente-maritime.gouv.fr/content/download/52129/314272/file/ZICH_Tonnay_Boutonne_3_80m.pdf''.]]

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
[[Catégorie:Prévention_du_risque_d'inondation_(HU)]]
[[Catégorie:Prévision_du_risque_de_crue_et_d'inondation_(HU)]]

vendredi 5 avril 2024

Prévision des crues : développements récents ou en cours en France (HU)
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''article en chantier''

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
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Prévision des crues : les outils opérationnels utilisés en France (HU)
Bernard Chocat : Page créée avec « ''article en chantier'' Catégorie:Dictionnaire_DEHUA Catégorie:Prévision_du_risque_de_crue_et_d'inondation_(HU) »

''article en chantier''

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[[Catégorie:Prévision_du_risque_de_crue_et_d'inondation_(HU)]]
Prévisions des crues : erreurs, incertitudes et évaluation des performances (HU)
Bernard Chocat : /* La mesure des performances */

''Traduction en anglais : Flood forecasting : errors, uncertainties and evaluation of performances''

Dernière mise à jour : 18/06/2024

''article en chantier''

Cet article traite de la prise en compte des erreurs et des incertitudes dans la chaine de prévision des crues mise en œuvre dans le cadre du réseau Vigicrues.

Il a bénéficié de la relecture et des contributions de Renaud Marty (DREAL Centre-Val de Loire / SPC Loire-Allier-Cher-Indre), de Lionel Berthet (DGPR / SRNH / S-D de la Connaissance des aléas et de la Prévention) et d’Anne Belleudy (DGPR / SCHAPI).

Cet article fait partie d'une série de sept articles qui traitent des différents aspects de la prévision des crues par les services de l’État. En plus de celui-ci, cette série comprend :
* un article général : [[Prévision des crues et des inondations : vue globale (HU)]] ;
* 5 autres articles détaillant différents aspects (dont certains encore en cours d'écriture) :
** [[Prévision des crues : les modèles utilisés (HU)|Prévision des crues : les modèles utilisés]] ;
** [[Prévisions des crues : les données nécessaires (HU)|Prévisions des crues : les données nécessaires]] ;
** [[Prévision des crues : son historique en France (HU)|Prévision des crues : son historique en France]] ;
** [[Prévision des crues : les outils opérationnels utilisés en France (HU)|Prévision des crues : les outils opérationnels utilisés en France]] ;
** [[Prévision des crues : développements récents ou en cours en France (HU)|Prévision des crues : développements récents ou en cours en France]].

Il s'appuie beaucoup sur les fiches élaborées de 2013 à 2015 par un groupe de travail associant des prévisionnistes et scientifiques des SPC, du SCHAPI, de Météo-France, de l’IRSTEA, de l’IFSTTAR et d’EDF et [http://wikhydro.developpement-durable.gouv.fr/index.php/Cat%C3%A9gorie:Incertitudes disponibles sur le site Wikhydro].

==L'essentiel==

Le chapitre 1 présente ces fiches, le contexte de leur organisation et leur accès : Les mesures sur la pluie et les écoulements des cours d’eau, sont imparfaites, ainsi que les modèles de prévision des pluies ou des crues. Cela génère, dans les prévisions, des erreurs, qui se traduisent par des écarts entre la donnée prévue, par exemple une hauteur d’eau dans 2 heures sur une échelle de crue, et l’observation qui pourra en être faite à cette échéance.

Le chapitre 2 évoque les sources de ces erreurs et les moyens de les identifier : Ces erreurs, d’observation ou imputables aux approximations dues à la modélisation, altèrent la fiabilité des prévisions déterministes. Leur identification est une étape primordiale dans la maîtrise des conséquences de ces erreurs, en permettant de les réduire en partie. La connaissance d'une série de prévisions passées et des erreurs qui ont été faites peut aider, pour partie, à mieux estimer l'incertitude de prévision. On peut avoir recours, en complément, à des techniques d’analyse statistique et de modélisation adaptées.

Le chapitre 3 introduit les méthodes, pour évaluer ces incertitudes, qui sont les plus utilisées dans le Réseau Vigicrues et par les scientifiques du domaine : L’évaluation et la communication des incertitudes associées aux prévisions permettent en effet aux utilisateurs des prévisions (les responsables de l’alerte et des secours, ainsi que tous les citoyens concernés) de prendre les décisions qui leur reviennent en cernant mieux l’espace des possibles. Celles-ci concrétisent en effet le champ du doute, en le cernant au mieux par une quantification probabiliste, que les prévisionnistes devront chiffrer dans un temps limité, car il s’agit de prévision opérationnelle. En reprenant les termes de la fiche–A.01 - Incertitude ou erreur de la Catégorie:Incertitudes de Wikhydro, que nous évoquerons beaucoup dans ce qui suit, on peut dire que : « les erreurs connues permettent d'évaluer l’incertitude sur la prévision’ et l'incertitude anticipe l'erreur, en caractérisant un degré de confiance ».

Le chapitre 4 évoque l’évaluation des performances des prévisions, en évoquant :
* les critères de qualité utilisés (utilité, fiabilité, précision, finesse, absence de biais systématique, capacité de discrimination)
* et les outils d’évaluation de performance de ces prévisions,
* ainsi que l’utilité de de cette évaluation pour consolider les compétences.

Le chapitre 5 traite de la communication des incertitudes.

==Les fiches de références disponibles sur le site Wikhydro==

Un groupe de travail (Voir au § "Historique des choix") constitué de prévisionnistes, des SPC et du SCHAPI a rassemblé les éléments issus de la culture technique opérationnelle des participants sur le sujet. Ils les ont confrontés à l’expérience de confrères issus de Météo-France, de l’IRSTEA de l’IFSTTAR et d’EDF. Ce travail a permis de produire [http://wwikhydro.developpement-durable.gouv.fr/index.php/Cat%C3%A9gorie:Incertitudes 60 fiches méthodologiques publiées sur le site Wikhydro] en 2014 et 2015.

Ces fiches sont classées en quatre familles :

* '''A''' - Présentations de concepts classiques associés à la notion d’incertitude et à la mathématique des probabilités ;
* '''B''' - Description des principales sources d’incertitude à considérer dans l’élaboration d’une prévision de débit ou de hauteur d’eau (les fiches indiquent des ordres de grandeurs et la sensibilité des prévisions à ces sources d’incertitude) ;
* '''C''' - Introductions à des méthodes usuelles d’estimation des incertitudes de prévision, utilisées dans les disciplines de la prévision météorologique ou hydrologique ;
* '''D''' - Discussions des qualités attendues d’une estimation d’incertitude et des critères numériques ou graphiques classiques utilisés pour les évaluer.

==Les erreurs, leurs sources et les moyens de les détecter ==

La spécificité des outils de prévision des crues est de fonctionner en temps réel et d’utiliser des informations en temps réel. Il est donc possible, à chaque pas de temps, de mesurer l’écart entre prévision précédente et mesure (Roche ''et al.'', 2012 ; p. 471).

Cet écart peut être :
* persistant, apparu de façon brutale et se maintenant au même niveau, ou augmentant progressivement au cours du temps ;
* récurrent, car se répétant lorsque des conditions particulières sont réunies ;
* accidentel et isolé.

Il peut provenir d’erreurs et d’incertitudes provenant :
* (1) des données utilisées (mesures historiques et observées en temps réel, météorologiques ou hydrométriques ; résultats de prévisions météorologiques ou hydrologiques et hydrauliques) ;
* (2) des modèles hydrologiques et hydrauliques, du fait de leur structure ou de leurs paramètres ;
* (3) du système de prévision (organisation, méthodes et outils, mise en œuvre par les prévisionnistes (Ramos, 2018).

Voir en particulier les Fiches [[A.01 - Incertitude ou erreur|A.01 – Incertitude ou erreur]] et [[A.02 - Sources d'incertitude|A.02 – Sources d’incertitude]].

===Les erreurs de mesures ===

====Les sources des erreurs de mesure====

Les erreurs de mesure peuvent être imputables à des imprécisions associées au dispositif métrologique ou à des défauts de capteurs. Leurs causes sont multiples :
* Concernant la mesure de la pluie : maillage trop lâche des pluviomètres ; positionnement inadapté de certains d’entre eux (par exemple quand ils sont qualifiés de classe 5 suivant la [https://www.infoclimat.fr/stations/DSO_35B.pdf note 35B de l’OMM]) ; couverture médiocre par les radars météorologiques, dérive dans le réglage de ceux-ci, qu’il soit mécanique ou électronique, ou mauvais ajustement entre la réflectivité radar et l’intensité de pluie ; Voir les fiches [[B.02 - Pluie : observations de précipitation ponctuelles au sol|B.02 – Pluie : observations de précipitations ponctuelles au sol]] ; [[B.03 - Estimation d'une pluie de bassin par interpolation de postes pluviométriques|B.03 – Calcul d’une pluie de bassin par interpolation de mesures ponctuelles]] ; [[B.04 - Estimation d'une pluie de bassin par observation RADAR|B.04 – Estimation d’une pluie de bassin par observation RADAR]] ;
* Concernant la mesure du niveau d’eau : dysfonctionnement de l’appareil ; erreur sur l’horodatage de la mesure ; pannes fugitives ou perturbations dans la mesure ou dans sa transmission ; batillage ; dérive d'un capteur ; altération du capteur par la violence ou le niveau des écoulements ; modifications de la géométrie de la section d’écoulement (dé-tarage), notamment du fait des déplacements sédimentaires de fond en cours d’évènement ; Voir la Fiche : [[B.08 - Mesure de la hauteur d’eau|B.08 – Mesure de la hauteur d’eau]].
* Concernant la mesure du débit : dé-tarage de la section de jaugeage ; déréglage des appareils de jaugeage ; durée trop longue du jaugeage pour dater correctement sa valeur sur l’hydrogramme ; dans les cas de mesure directe du débit en continu, dysfonctionnements de l’appareillage et, pour les mesures de vitesse en surface, mauvais ajustement entre celle-ci et la vitesse moyenne dans la section d’écoulement ; Voir la Fiche [[B.09 - Incertitudes de la courbe de tarage|B.09 – Incertitudes sur la courbe de tarage]].

====La détection des erreurs de mesure====

Certaines des erreurs précédentes peuvent être détectées lors d’un contrôle préalable à leur introduction dans la chaîne de modélisation ou de prévision. Différents types d'outils existent, permettant :
* l’inspection visuelle rapide, laquelle permet un repérage d’anomalies et une vérification de cohérence, par exemple en comparant des pluviogrammes ou des lames d’eau précipitée ;
* la confrontation des données provenant de diverses sources, notamment dans le domaine de la pluviométrie ;
* la comparaison d’une mesure faite en un point avec une autre faite sur un point voisin, par exemple en observant l’allure des limnigrammes et hydrogrammes en un point de mesure au regard de ceux du voisinage ; ce type de comparaison peut être enrichi en utilisant également des mesures relevées lors d’épisodes similaires.

Il faudra ensuite décider, soit ne pas utiliser certaines données, soit de les conserver mais en affectant aux résultats qu’elles impactent un niveau d’incertitude plus élevé. C’est dans cette phase de diagnostic "à chaud" et de validation des données que les prévisionnistes apportent une de leurs plus-values majeures. Il est à noter que la source principale d’incertitude porte en général sur la connaissance de la pluie, qu’elle soit observée ou, encore plus, prévue.

Il s’avère nécessaire, aussi, de procéder lors d’un évènement notable, à une analyse des erreurs de mesure avec les opérateurs de celles-ci, en cours d’évènement ou dans le cadre d’un retour d’expérience assez rapide, quitte à y revenir plus tard en cas de difficulté particulière.

Pour en savoir plus : Voir, notamment, en sus des fiches indiquées, (Roche, 2012) aux § 10.5.1. et 10.5.2.

===Les erreurs ou imprécisions des modèles météorologiques, hydrologiques et hydrodynamiques : sources et détection===

Les erreurs et imprécisions de ce type sont dues principalement aux valeurs attribuées aux paramètres des modèles, ainsi qu’à la définition des conditions initiales et des conditions aux limites. Ces imprécisions affectent principalement :
* les résultats, utilisés en prévision des crues, des modèles météorologiques sur la prévision de la pluie : le prévisionniste devra s’efforcer de cerner les paramètres les plus influents pour la chaîne hydrologique, en dialogue approfondi avec les prévisionnistes météorologiques ;
* la prévision des débits à l’exutoire des bassins versants amont, notamment :
** ceux qui ne sont pas contrôlés par des stations de mesure, par exemple le débit des apports intermédiaires entre les points de mesure sur le réseau modélisé des cours d’eau principaux ;
** ceux pour lesquels les temps de concentration (temps nécessaire à l’eau pour s’écouler depuis le point le plus éloigné du bassin jusqu’à l’exutoire), constatés sur les observations, ne correspondent pas à ceux induits pas le paramétrage du modèle ;
* la prévision des débits résultant des propagations et compositions d’ondes de crues, notamment :
** les temps de propagation qui peuvent, sur certains cours d’eau, être plus rapides ou plus lents suivant les évènements, pour des raisons pas toujours élucidées jusqu’ici ;
** les rythmes et temps de montée des hydrogrammes, très influents sur les compositions d’hydrogrammes "pointus" à des confluences importantes, un décalage temporel assez faible des pointes de crue en amont pouvant avoir des conséquences très sensibles sur la valeur du débit maximum prévu.

Le prévisionniste doit avoir à sa disposition des outils (similaires à ceux utilisés pour la détection des erreurs de mesures), mais aussi les compétences et l'expérience, pour détecter les anomalies et les réduire en partie ou évaluer les marges d’incertitude à affecter aux résultats de prévision.

Il sera nécessaire que les prévisionnistes procèdent, à l’occasion des évènements notables, comme pour les mesures, à une analyse après coup des erreurs de prévision imputables à la modélisation, dans le cadre de Retours d’expérience ou, de façon plus générale, pour poursuivre leur apprentissage. Ils pourront, pour cela, s’appuyer sur la Fiche : [[C.07 - Apprentissage : analyse a posteriori des erreurs de prévision|C.07 – Apprentissage : analyse a posteriori des erreurs de prévision]].

==Pour cerner les incertitudes de prévision des crues==

===Une vision globale des démarches possibles===

La publication de prévisions de niveaux d’eau et de débits (ou de cartes de zones inondées), à des moments souvent critiques pour des décisions à prendre par les destinataires (autorités et services chargés de l’alerte et des secours, population concernée, médias, etc.) doit autant que possible s’accompagner d’informations sur le niveau de confiance qu’on peut accorder à ces prévisions. De façon pratique, il faut associer une quantification de l’incertitude à chaque prévision, pour permettre aux divers destinataires de décider des dispositions à prendre pour réduire les dommages et les atteintes aux personnes, avec la meilleure connaissance du champ des possibles, à plus ou moins court terme.

Les incertitudes de prévision des débits et des niveaux d’eau en chaque station de prévision, au moment de chaque nouvelle diffusion, peuvent être traduites par exemple, par un fuseau qualifié statistiquement :
* donnant pour chaque échéance à venir, l'intervalle de prévision à 80 % (borné par les quantiles de prévision des débits - q10 % et q90 % - ou des niveaux d’eau - h10 % et h90 % -), et la prévision médiane (correspondant au quantile 50%),
* s’étendant sur un horizon de prévision qui varie de quelques heures à quelques dizaines d’heures, suivant la taille et la réactivité des bassins versants en amont du point de prévision (Voir la Fiche : [[A.05 - Evolution de l'incertitude avec l'horizon de prévision]]).

En théorie, le degré de gravité et l’influence de chacune des erreurs possibles devraient être pris en compte pour obtenir une prévision non-biaisée avec une variance minimale. Selon l’approche statistique classique, chaque source d’erreurs doit être décrite via sa fonction de densité de probabilité. Mais la plupart des fonctions pertinentes de densité de probabilité sont mal connues et donc difficiles à évaluer.

Les prévisionnistes des crues peuvent contourner la difficulté, en croisant plusieurs démarches, que nous évoquons ci-dessous :
* pour les mesures pluviométriques (qui, comme indiqué plus haut, constituent souvent une source majeure d’incertitude sur les données observées), en comparant les observations radar-météorologiques avec les mesures au sol (Voir la Fiche [[B.04 - Estimation d'une pluie de bassin par observation RADAR|B.04 – Estimation d’une pluie de bassin par observation radar]]) ;
* pour les prévisions de pluies (Voir la Fiche [[C.03 - Emploi de prévisions probabilistes météorologiques]]), d'incertitude encore plus forte :
** en comparant les résultats de divers modèles de prévision météorologique, ce qui donne une première idée de l’amplitude des écarts à attendre (Voir la Fiche [[B.13 - Prévisions numériques de précipitation|B.13 – Prévisions numériques de précipitation]]),
** éventuellement, en les comparant avec ceux de la méthode de prévision des précipitations par recherche de situations analogues passées dans des archives (Voir la Fiche [[B.14 - Prévisions météorologiques – Méthode des analogues hydrométéorologiques]]),
** en attendant des progrès en matière d’intelligence artificielle, comme il commence à s’en manifester dans le modèle du CEPMMT, pour la prévision des champs de température, de vents et de pression atmosphérique, mais pas encore de précipitations (Voir [[Prévision des crues : les données nécessaires (HU)|Prévision des crues : les données nécessaires]]) ;
* pour les mesures hydrométriques, avec des démarches comparatives systématiques de mesures de niveau d’eau et surtout de vitesse et de débits, menées depuis le milieu des années 2000, qui permettent des progrès significatifs sur l’évaluation des incertitudes.

De plus, pour cerner l’incertitude sur la pluie prévue, on peut utiliser les méthodes dites de prévision d’ensemble, qui, contrairement à des prévisions déterministes uniques, fournissent un ensemble de scénarios du futur dont l’amplitude des variations (la largeur du panache) est représentative de l’incertitude de la prévision des pluies. Elles ouvrent deux perspectives intéressantes :
* les résultats de prévisions d’ensemble météorologiques (ou de Prévision Numérique du Temps – PNT), présentées plus précisément au § "Les prévisions probabilistes des précipitations pluvieuses : prévision d’ensemble et méthode de recherche de situations hydrométéorologiques analogues", qui donnent un panache de courbes traduisant l’évolution dans le temps de la dispersion des prévisions de lame d’eau de pluie susceptible de tomber sur un point ou un bassin versant ; les prévisionnistes peuvent ainsi évaluer de façon désormais courante, pour chaque pas de temps à venir, l’amplitude des écarts pour une gamme de probabilité fixée ;
* les résultats finaux de modélisations d’ensemble couplant les modèles météorologiques et hydrologiques, qui permettent de cerner les écarts à attendre, pour chaque pas de temps à venir, sur les paramètres hydrologiques (niveau d’eau et débit) aux stations de prévision ; l’analyse des panaches obtenus permettront de caractériser la distribution statistique des valeurs à attendre, et d’en déduire l’amplitude des écarts pour une gamme de probabilité choisie (Voir plus loin au § "Les prévisions d'ensemble couplant modèles météorologiques et hydrologiques").

Pour la part d’incertitudes attribuables aux seuls modèles hydrologiques et hydrodynamiques, on peut avoir recours :
* à l’utilisation comparée de modèles de même niveau (hydrologique ou hydrodynamique), grâce à des procédures multi-modèles ;
* aux procédures d’[[Assimilation des données (HU)|assimilation des données]] de chacun de ces modèles, non seulement pour proposer une réduction de l’amplitude des incertitudes, ce qui est son objet principal, mais aussi une évaluation de celles-ci (le plus souvent au prix d’hypothèses lourdes et pas toujours vérifiées en pratique).
* à l’outil OTAMIN, présenté au § "La méthode OTAMIN de quantification semi-automatisée pour définir des intervalles de confiance pour la prévision probabiliste des débits et des niveaux d’eau ", qui analyse statistiquement, pour une série suffisamment longue d’évènements antérieurs dont les observations ont été validées, les écarts entre celles-ci et les résultats qu’auraient donnés des modèles de prévision calés utilisés (Belleudy ''et al.'', 2023). Ces analyses statistiques sont conduites par gamme de débit (ou niveau d’eau) et par échéance de prévision (les écarts à longue échéance étant, assez logiquement, plus importants qu’à courte échéance.

===Un panorama des principales méthodes probabilistes utilisées en France et en Europe pour cerner les incertitudes des prévisions des crues ===

====Les prévisions probabilistes des précipitations pluvieuses : prévision d’ensemble et méthode de recherche de situations hydrométéorologiques analogues====

=====Méthodes de prévision d'ensemble=====

Les méthodes de prévision d’ensemble, météorologique en l’occurrence, permettent de faire des prévisions probabilistes, à la fois en alternative et en complément à la prévision déterministe du temps (qu’il fait). Ces prévisions probabilistes visent à cerner les erreurs inévitables qui proviennent notamment :
* d’inexactitudes dans les valeurs retenues pour caractériser la représentation de l’état de l’atmosphère au moment du lancement du processus de prévision ;
* d’approximations dans la résolution des équations des modèles ;
* de la part chaotique des évolutions de l’atmosphère ;
* des incertitudes dans la prise en compte des conditions aux interfaces sol/air ou mer/air (Bouttier, 2018).

Ces méthodes génèrent avec quelques ou plusieurs dizaines d’exécutions d’un modèle déterministe un échantillon aussi représentatif que possible de l’incertitude sur les états futurs de l’atmosphère qui résultent :
* de perturbations plausibles, au regard, en particulier, des comparaisons entre les observations et les prévisions pour des évènements antérieurs (Bouttier, 2018) ;
* des conditions initiales ;
* de variations dans les valeurs de paramètres "sensibles" du modèle (méthodes multi-paramètres) ;
* de l’utilisation de plusieurs modèles ou variantes d’un modèle (méthodes multi-modèles, Voir la Fiche [[C.04 - Procédures multi-modèle|C.04 – Procédures multi-modèles]]) ;
* ainsi que des fluctuations dans la représentation des échanges avec les milieux marins ou les divers types d’occupation du sol et leurs caractéristiques.

Elles fonctionnent :
* soit en ajoutant une estimation de l'incertitude de modélisation : le modèle météorologique d’ensemble du CEPMMT la représente, par exemple, par l'inclusion de schémas stochastiques, ce qui améliore la fiabilité et réduit l'erreur de la moyenne de l'ensemble (Leutbercher ''et al.'', 2017);
* soit en appliquant des perturbations en localisations et en intensités des pluies prévues à un modèle météorologique déterministe, transformées ensuite par un modèle hydrologique pour générer ensuite des ensembles de débits prévus (Audard-Vincendon, 2010).

=====Méthode de recherche de situations météorologiques analogues=====

La méthode de recherche de situations météorologiques analogues est une deuxième approche de prévision probabiliste de la pluie : voir notamment (Bontron, 2002), (Ben Daoud ''et al.'', 2009) et (Marty ''et al.'', 2023).

Cette méthode de recherche de situations analogues part du constat que, malgré les progrès constants des modèles numériques de prévision du temps (MNP), il est plus facile de prévoir :
* l'état macroscopique de l'atmosphère, c'est à dire des paramètres décrivant les masses d’air (pression en particulier, et température, taux d’humidité, etc.) décrit par des équations physiques robustes, que
* les précipitations, notamment les plus intenses, d'origine microphysique, puisque de multiples paramètres entrent en jeu dans la formation des nuages et des précipitations (quantité de vapeur d’eau présente dans l’atmosphère, niveaux de saturation et de condensation, vents verticaux, relief, etc.).

Son principe peut s’énoncer simplement : à situations météorologiques semblables, les effets seront comparables.

Son histoire, débutée à la fin des années 1960, a été ponctuées de nombreuses améliorations grâce à la constitution d’archives et de réanalyses météorologiques, ainsi qu’à la définition de critères de similarité et de performance pertinents. Il s’agit d’abord de repérer dans des archives météorologiques réanalysées quelques dizaines de situations météorologiques, caractérisées par les paramètres de la masse d’air, analogues à celle qui se présente. On en déduit ensuite un ensemble de prévisions pluviométriques correspondant à chacune d’elles, dont on peut extraire une évolution dans le temps à venir des quantiles caractérisant la distribution statistique des précipitations possibles (Voir ''Figure 1''). Cette distribution de lames d'eau constitue ainsi une prévision probabiliste d’un ensemble de cumuls prévus.

Dans le contexte de la prévision probabiliste, le réseau Vigicrues a développé des chaînes expérimentales sur les territoires des SPC Loire-Allier-Cher-Indre (LACI) et Alpes du Nord (AN). Il mène un projet ambitieux visant à étendre la méthode à la France métropolitaine et à mettre en place une suite logicielle unique et adaptée aux ressources les plus modernes ainsi qu’aux besoins et à l’environnement du système Vigicrues, ainsi que décrit dans (Marty ''et al.'', 2023). Il est à noter que cette prévision qui portait initialement que sur des cumuls journaliers, se base maintenant sur des cumuls sur 6h et que l’horizon de prévision visé est de quelques jours.

[[File:prévision des crues _ incertitudes _ figure 1.PNG|800px|center|thumb|''Figure 1 : Résultats d’une prévision des variations dans le temps de la précipitation moyenne sur le très haut bassin versant de la Loire (130 km2) en amont de la retenue de La Palisse, par la méthode de recherche de situations météorologiques analogues, émise le 15 octobre 2023 ; Source : DREAL Centre-Val-de-Loire / SPC Loire Allier-Cher-Indre.'']]

Ces deux approches probabilistes fournissent un ensemble de scénarios de pluie prévue. Une prévision multi-scénarios de pluie est un outil précieux pour estimer :
* le degré d'incertitude de cette prévision ;
* le cumul le plus vraisemblable ;
* les alternatives plausibles en termes de cumuls extrêmes.

Pour en savoir plus : OMM (2011) ; Fiches : [[C.03 - Emploi de prévisions probabilistes météorologiques|C.03 - Emploi des prévisions probabilistes météorologiques]] et [[B.14 - Prévisions météorologiques – Méthode des analogues hydrométéorologiques|B.14 - Prévisions météorologiques - Méthode des analogues hydrométéorologiques]].

====Les prévisions d'ensemble couplant modèles météorologiques et hydrologiques====

L’application des approches ensemblistes à la fois à la prévision numérique du temps et aux modèles hydrologiques apparaît pouvoir donner des résultats, certes avec une gamme d’incertitudes assez large, mais ayant le mérite de cerner leurs sources principales, notamment celles qui sont liées à la quantification de la pluie déjà précipitée et à celle de la pluie qui est prévue.

En utilisant les résultats d’un certain nombre de prévisions dites "membres" ou "réalisations", la distribution de la fréquence des valeurs indiquée par chacun des "membres" à chaque horizon de prévision pour une, peut être utilisée directement pour estimer la probabilité des valeurs de pluie moyenne précipitée sur un bassin versant et de débit ou de niveau d’eau à une station de prévision hydrologique donnée. Les prévisions d’ensemble ou probabilistes sont jusqu’ici plus largement appliquées à la prévision numérique du temps (PNT) qu’aux modèles hydrologiques.

[[File:prévision des crues _ incertitudes _ figure 2.PNG|800px|center|thumb|''Figure 2 : Prévisions du 07/08/2013 à 4h (TU), pour les 24h à venir, sur la Dore au point de prévision de Giroux, avec le modèle hydrologique GRP alimenté par 4 scénarios différents couvrant l’amplitude de ceux délivrés par Météo-France dans le Bulletin de Précipitations ; l’incertitude due à la seule modélisation hydrologique par GRP, considéré comme bien calé sur le bassin versant en amont, est estimée ici pour le scénario de pluie future le plus fort (courbe rouge) avec un intervalle de confiance à 80 % ; il est représenté par l’aplat rose ; on voit que l’incertitude due à la modélisation hydrologique est d’une amplitude nettement inférieure à celle liée à la prévision des pluies futures ; Source : [[B.18 - Modélisation hydrologique : quelles incertitudes ?|B.18 – Modélisation hydrologique : quelles incertitudes ?]]'']]

[[File:prévision des crues _ incertitudes _ figure 3.PNG|800px|center|thumb|''Figure 3 : Exemple de résultats d’une prévision hydrologique d’ensemble sur le bassin de l'Arroux à Dracy-Saint-Loup (en amont d'Autun), établie de façon expérimentale le 27/12/2023 au matin, à partir des prévisions d’ensemble de pluie du modèle météorologique du CEPMMT et d’un modèle GRP ; sur le graphique du haut (qui représente les membres de l’ensemble des pluies) et celui du bas (ensemble des débits), les courbes continues représentent le scénario le plus pessimiste ; Source : DREAL Centre-Val-de-Loire / SPC Loire Allier-Cher-Indre.'']]

On peut citer plusieurs autres exemples de ces couplages de prévisions d’ensemble des modèles météorologiques et hydrologiques :

Le projet ''European Flood Awareness System (EFAS)'' a été énergiquement développé par le Centre Commun de Recherche (CCR) de la Commission européenne, avec de multiples collaborations, par suite des inondations catastrophiques de l’Oder en 1997, puis de l’Elbe et du Danube en 2002. Son objectif est d'améliorer, et d'homogénéiser pour de grands fleuves transnationaux, les informations pour l’alerte et les secours. En version prototype, il a permis de prévoir avec plusieurs jours d’avance les crues au nord des Alpes, en fin août 2005. EFAS fonctionne de façon opérationnelle depuis l'automne 2012, et il a apporté une plus-value notable pour la gestion des inondations en Europe centrale en juin 2013. Il est basé sur une prévision d’ensemble couplée de modèles météorologiques et hydrologiques (Cloke ''et al.'', 2009).

EFAS utilise différents types de prévisions météorologiques :
* des prévisions déterministes : celles à moyen terme du Centre Européen de Prévisions Météorologiques à Moyen Terme (CEPMMT, ou ECMWF en anglais) ; et celles du Service météorologique allemand (DWD) ;
* des prévisions d’ensemble : celles du CEPMMT à moyen terme (jusqu'à 15 jours), à l'échelle mondiale avec une résolution spatiale de l’ordre de 30 km et 51 membres ; et celles du Consortium pour la modélisation à petite échelle (COSMO), couvrant la majeure partie de l'Europe à plus court terme (jusqu'à 5 jours), avec une résolution spatiale de 7 km et 16 membres.

Le Système de vigilance mondial ''GloFAS (Global Flood Awareness System)'' utilise des concepts similaires à ceux d’EFAS pour l’Europe ; il a été développé en collaboration entre le CEPMMT, le CCR et d'autres. Il produit, en complément des centres de prévision internationaux, nationaux ou régionaux, des prévisions journalières et des tendances mensuelles pour les niveaux d’eau et débits de crues des très grands cours d’eau, pour aider les autorités concernées et les organisations internationales à anticiper sur les mesures à prendre. En phase de prototype depuis 2011, il est opérationnel depuis 2018, et a été enrichi en 2021 de données acquises par le système satellitaire Sentinel-1.

Le projet CHROME (MF, 2015), conduit par le SCHAPI et Météo-France, était basé sur un couplage météo-hydrologique qui associe des prévisions météorologiques ensemblistes générant une gamme de champs de pluie avec le modèle Arome déterministe dont on a perturbé les conditions initiales et 4 modèles hydrologiques géographiquement distribués. CHROME a été expérimenté au milieu des années 2010, puis abandonné au profit de l’outil OTAMIN et de couplages avec des versions plus modernes de modèles d’ensembles météorologiques, comme montré dans les ''figures 2 et 3''.

====Les procédures multi-modèles en hydrologie ====

Plusieurs modèles, utilisant des données différentes, ou des combinaisons différentes de celles-ci, peuvent fournir une gamme de prévisions en un point donné de prévision, et pour chaque horizon de prévision. Si la qualité des prévisions d’un modèle se dégrade au cours d’un évènement, alors que celles des autres sont satisfaisantes (au regard de leur faible écart avec les observations), il est très utile de pouvoir écarter temporairement celui qui apparaît moins performant ou de lui accorder un poids moindre pour fixer la prévision (Roche ''et al.'', 2012 ; pp 474-475), d’où l’intérêt d’utiliser plusieurs modèles en parallèle et de comparer puis combiner leurs résultats. Deux types de procédures multi-modèles existent :
* celles qui font basculer d’un modèle à un autre, en fonction des performances des prévisions aux échéances précédentes au regard des mesures acquises par la suite ; ces procédures présentent un intérêt limité en temps réel ainsi que des risques d’instabilité ;
* celles qui établissent la prévision proposée par une pondération des résultats de divers modèles utilisés en parallèle, en faisant évoluer, si nécessaire, la pondération en cours d’évènement ; elles ont fait en France l’objet de développements depuis le milieu des années 1980 ; une telle procédure a été implantée sur la [[SOPHIE (HU)|plate-forme SOPHIE]], très utile alors et d’un grand intérêt historique aujourd'hui ; la plate-forme SOPHIE n’est désormais plus utilisée de façon opérationnelle.

Il est également possible de coupler l'approche multi-modèles avec les techniques de prévision d'ensemble. Cela a été réalisé en matière de recherche (Velazquez, 2011) avec des résultats intéressants, mais paraît jusqu’ici difficilement applicable sur le plan opérationnel.

Des simulations multiples peuvent ainsi être utilisées pour prendre en considération les trois sources d’incertitude dans les modèles de prévision :
* les erreurs résultant d’évolutions assez subites des phénomènes,
* la sensibilité des modèles à des conditions initiales mal maîtrisées ;
* les erreurs dues aux imperfections ou à la structure du modèle.

Les prévisions d’ensemble ou probabilistes sont jusqu’ici plus largement appliquées à la prévision numérique du temps (PNT) qu’aux modèles hydrologiques.

Cette approche peut également être appliquée à l’ensemble des prévisions obtenues à partir de valeurs différenciées de paramètres d’un même modèle ou d’un même jeu de modèles.

===Les choix majeurs progressivement faits en France par le réseau Vigicrues pour déterminer les incertitudes de prévision===

====L’historique de ces choix ====

La question des incertitudes de prévision était présente dès la mise en place de la réforme de la prévision des crues en France en 2002-2003, même si l’objectif prioritaire était de se doter de modèles de prévision déterministes suffisamment performants. Les incertitudes ont été cernées d’abord de manière simple, en prenant en compte des fourchettes de scénarios météorologiques observés et prévus ainsi que des incertitudes hydrométriques en les traduisant dans une dispersion des résultats des outils de prévision hydrologique ou hydraulique disponibles (abaques ou modèles), avec des estimations "à dire d’expert" et une communication qualitative textuelle.

Dès 2010 (Bachoc ''et al.'', 2010), une quantification plus précise de ces incertitudes est apparue nécessaire, pour communiquer plus clairement et rapidement auprès des divers utilisateurs de ces prévisions, de façon graphique, en encadrant la prévision déterministe par un fuseau d’incertitude (''Figure 4'').

[[File:prévision des crues _ incertitudes _ figure 4.jpeg|800px|center|thumb|''Figure 4 : Représentation de principe de fuseaux d’incertitude autour d’une prévision déterministe (en trait rouge plein) ; Source : https://webgr.inrae.fr/outils/logiciels/otamin.'']]

Le degré de confiance, pour que celle-ci soit partagée avec les utilisateurs, doit être traduit en qualifiant statistiquement un tel fuseau, à la fois de façon assez rigoureuse et avec un résultat suffisamment simple à interpréter.

Cela a donné lieu à un chantier important. Après des journées techniques tenues fin 2011 sur le sujet, deux groupes de travail ont été constitués début 2012 et missionnés par la direction du SCHAPI : l’un rassemblant des membres du Conseil scientifique et technique du [[Service central d’hydrométéorologie et d’appui à la prévision des inondations / SCHAPI (SCHAPI) (HU)|SCHAPI]] (sur : le degré d’incertitude acceptable par les utilisateurs ; l’estimation quantitative des incertitudes ; la représentation et la communication de celles-ci), et l’autre rassemblant des membres du réseau national pour la prévision des crues (chargé de de proposer et de tester des solutions techniques pour l’estimation et la publication des incertitudes associées aux prévisions) (Berthet ''et al.'', 2016).

Cette phase exploratoire a abouti en 2014 à une feuille de route intégrant notamment :
* la production en 2014 et 2015 des [http://wikhydro.developpement-durable.gouv.fr/index.php/Cat%C3%A9gorie:Incertitudes fiches de la Catégorie : "Incertitudes" publiées dans Wikhydro], évoquée dès le début de cet article, et bases des formations des prévisionnistes sur le sujet ;
* le développement en 2015 et 2016 d’outils à visée opérationnelle : un outil d’estimation automatique et calibrée des incertitudes de modélisation, OTAMIN (Voir § "La méthode OTAMIN de quantification semi-automatisée pour définir des intervalles de confiance pour la prévision probabiliste des débits et des niveaux d’eau"), réalisé par IRSTEA, et un outil d’expertise "finale" pour le prévisionniste, développé en interne par le réseau Vigicrues ;
* en parallèle, la production expérimentale de prévisions avec des fuseaux prédictifs, publiées en format ".pdf" dans le cadre des bulletins locaux de Vigicrues (''Figure 5'') ;

[[File:prévision des crues _ incertitudes _ figure 5.PNG|800px|center|thumb|''Figure 5 : Montage montrant des prévisions successives publiées (sur des documents .pdf adjoints au bulletin local de prévision) du 31/05 au 07/06/2016, pour la crue du Cher à Selles-sur-Cher avec un intervalle de confiance de 80% (aplats alternativement gris, bleu et vert), avec les valeurs médianes des prévisions (courbes en pointillés gris) et les valeurs mesurées (observées) au cours de l’évènement (courbe continue en bleu et Gras) ; les prévisions ont été diffusées, avant qu’elles ne puissent être intégrées dans les graphiques de Vigicrues sur l’évolution temporelle des données hydrologiques aux stations de prévision, sous forme de fichiers .pdf adjoints au bulletin local du SPC LCI ; Source : CGEDD et IGA (2017), p. 27/212.'']]

Après une phase de préparation technique et organisationnelle pour le passage à l’opérationnel, à partir d’octobre 2017, des prévisions associées à un intervalle de prévision 10-90 %, où l’on devrait donc retrouver par la suite 80 % des valeurs observées, sont produites et affichées graphiquement sur le site Vigicrues par un prévisionniste du SPC concerné. Un exemple en est donné en ''Figure 6''.

[[File:prévision des crues _ incertitudes _ figure 6.PNG|800px|center|thumb|''Figure 6 : Exemple de prévision quantitative de niveau d'eau à la station de la Liane à Wirwignes disponible le 25 novembre 2021 sur le portail Vigicrues (https://www.vigicrues.gouv.fr) ; Source : Belleudy ''et al.'' (2023).'']]

Le nombre de points de prévision avec affichage graphique des prévisions et des incertitudes associées s’est étendu progressivement et continue à l’être : 74 stations à l’automne 2017, 129 au printemps 2018, 410 fin 2020, 572 en juillet 2022, ce qui représente à cette date 84 % des sites hydrologiques déclarés comme points de prévision dans les RIC des 15 / 17 SPC qui en ont déclaré au moins un.

====OTAMIN et EXPRESSO====

'''L’OuTil Automatique d’estiMation de l’INcertitude prédictive (OTAMIN)''' découle des travaux de thèse de (Bourgin, 2014). Il permet avec plusieurs utilitaires associés, de déterminer en temps réel de manière systématique et automatique, les intervalles de confiance prédictifs à affecter aux résultats de modèles déterministes de prévision hydrologiques ou hydrauliques obtenues déterministes. Son principe repose sur l’analyse statistique préalable, menées sur les écarts, à divers horizons de prévision, entre :
* les résultats de prévision obtenus avec ces modèles (après leur calage), effectuées avec les données d’entrée observées validées, jusqu’à l’instant de prévision, d’un lot d’évènements (n’ayant pas servi au calage),
* les données observées correspondantes.

Avec son environnement logiciel, OTAMIN est ainsi utilisé en deux temps :
* en préparation, pour les analyses statistiques des erreurs qui auraient été générées par le (ou les) modèle(s) utilisé(s) pour une série suffisamment nombreuse de mesures validées pour des évènements antérieurs sur le point de prévision, ainsi qu’en amont sur la pluie précipitée et les stations hydrométriques,
* en temps réel, pour produire les intervalles de confiance associés à une prévision déterministe.

Pour déterminer l’incertitude prédictive, OTAMIN s’appuie sur les deux méthodes suivantes :
* Regression Quantile (Weerts ''et al''., 2011), cité par (Belley ''et al.'', 2023), sachant aussi que des travaux de recherche récents proposent de nouvelles techniques comme le ''Quantile Regression Forest'' (Tiberi-Wadier ''et al.'', 2023) ;
* QUOIQUE (QUantification Opérationnelle des Incertitudes par QUantiles de dEbit), développée par Bourgin (2014).

QUOIQUE repose sur l’analyse a priori des erreurs qu’aurait faites le modèle (ou chacun des modèles) de prévision sur une série suffisante d’évènements passés (au moins 1000 valeurs observées et prévues sont nécessaires pour une analyse statistique fiable), en 3 étapes :
* calcul des erreurs relatives en fonction de la valeur simulée prévue, puis classement par valeur croissante de valeur simulée et regroupement en 20 groupes de même effectif,
* pour chacun de ces 20 groupes, calcul des quantiles d’erreurs (paramétrables, mais on choisira, pour le réseau Vigicrues, en général 10% et 90 %, correspondant à un intervalle de confiance de 80%, qui paraît raisonnable),
* lissage par moyenne mobile.

Ces quantiles d’erreurs sont ensuite reportés en fonction de chaque horizon de prévision, pour chaque point de référence, sur des abaques qui seront utilisés dans l’utilitaire "temps réel" d’OTAMIN pour fournir les intervalles de confiance à affecter aux prévisions déterministes, qui traduiront l’incertitude brute. OTAMIN est, dans sa dernière version, capable d’établir ces intervalles prédictifs en les conditionnant par la saison, par la phase de crue (montée, descente), etc.

Ensuite, les prévisionnistes expertisent ces intervalles de confiance "bruts" avec un '''outil dédié, EAO (Expertise Assistée par Ordinateur) / EXPRESSO''', développé au sein du réseau Vigicrues. Avec celui-ci, ils peuvent modifier graphiquement tout ou partie de chacune des 3 tendances représentant l’incertitude proposée par OTAMIN, en fonction de la profondeur temporelle de l’horizon de prévision :
* la tendance basse, celle du quantile associé à la probabilité 10% (ou 0,1),
* la tendance haute, du quantile associé à la probabilité 90% (ou 0,9),
* la tendance centrale, correspondant à la probabilité 50% (ou 0,5).

Pour le guider dans cette opération, le prévisionniste dispose d’utilitaires lui permettant de :
* visualiser les prévisions, et les incertitudes associées, antérieures ou en cours d’expertise sur le point de prévision en cours d’analyse ou d’autres environnants (en amont ou en aval, de même que des combinaisons linéaires de celles-ci,
* tester des modifications en bloc de certaines tendances ou des trois simultanément pour augmenter ou réduire la valeur d’une pointe de crue ou pour accélérer ou freiner une montée de crue ou une décrue.
Les intervalles de confiance sur les débits sont transformés en leurs équivalents pour les niveaux d’eau sur la base des courbes de tarage.

Ces outils permettront au prévisionniste de préparer rapidement les prévisions et les incertitudes expertisées à afficher sur Vigicrues, en veillant à renforcer leur cohérence spatio-temporelle (Voir plus loin § "Cohérence des prévisions"), ainsi que (Berthet, 2019) et (Belleudy, 2023).

Pour en savoir plus : Viatgé ''et al.'' (2019) ; https://webgr.inrae.fr/logiciels/otamin/.

====L’estimation subjective des incertitudes de prévision : un talent précieux qui se travaille beaucoup hors temps réel ====

Diverses méthodes de traitement statistique ou de modélisations particulières permettant d’estimer les incertitudes liées à des modèles de prévision, parfois couplés, ont été présentées dans les paragraphes précédents. Mais ces méthodes, en partie encore en cours de test ou de déploiement, ne sont pas très simples d’emploi, notamment en temps réel, assez imparfaites et surtout incomplètes. Pour intégrer une partie des autres incertitudes que celles de la modélisation, le choix s’est porté, pour le réseau Vigicrues, sur la détermination des incertitudes "brutes" avec OTAMIN, complétée par l’outil EAO / EXPRESSO. Pour mettre en œuvre ces outils, ainsi que leur environnement, il est indispensable, non seulement de maîtriser les notions sur lesquels ils reposent, mais aussi d’acquérir une expertise sur l’ensemble des sources d’incertitudes pouvant entrer en jeu dans le déroulement des divers types de crues concernant chacun des bassins versants et des cours d’eau en amont des points de prévision. (Marty, 2020).

C’est pourquoi nous présentons, pour clore le sujet de l’évaluation des incertitudes, la question de l’estimation subjective de ces incertitudes de prévision et toutes ses exigences. Elle consiste pour les prévisionnistes à exprimer une telle estimation, aussi rigoureuse, et formalisée de manière normée, que possible, des incertitudes sur les résultats des prévisions, qui résultent :
* de l’incertitude sur les données dont il dispose, en s’appuyant sur des vérifications de cohérence, et en recueillant l’opinion des partenaires fournisseurs de ces données (prévisionnistes de Météo-France et hydromètres),
* de la comparaison entre eux des résultats des divers modèles ou abaques utilisés, et de leurs résultats antérieurs par rapport aux mesures hydrologiques parvenues depuis,
* de leur expérience de prévisionnistes, basée notamment sur :
** les enseignements tirés du retour d’expérience formalisé et systématique : l’analyse a posteriori des pluies et crues précédentes et la mémoire (à entretenir) des surprises ou incidents qui les ont marquées,
** la connaissance : des limites du dispositif d’observation ou des outils de prévision ; de la réaction aux divers types d’évènements pluvieux, des bassins versants et des cours d’eau, acquise par les constats sur le terrain et des analyses a posteriori,
** les échanges avec les autres prévisionnistes du SPC ou du SCHAPI.

Cette méthode, apparemment simple, car elle ne nécessite pas d’autres outils que ceux du prévisionniste, demande en fait beaucoup de travail rigoureux préalable en temps masqué, ainsi que d’attention, d’humilité, de recherche d’objectivité et de lucidité en temps réel. Cela permettra d’éviter les pièges de la sur-confiance, que tend à générer la position d’expert, et qui conduit à trop réduire l’intervalle de confiance, ou à l’inverse, de la sous-confiance, induite, notamment, par les pressions d’une situation de crise.

Elle doit s’accompagner d’une formalisation suffisamment rigoureuse sur le degré de confiance que le prévisionniste accorde aux incertitudes qu’il affiche, que ce soit sous forme graphique ou littérale (Voir plus loin le Chapitre "Communication des incertitudes").

Pour en savoir plus : [[C.02 - Estimation subjective des incertitudes de prévision|Fiche C.02 - Estimation subjective des incertitudes de prévision]] ; Houdant (2004) ; Belleudy (2023).

====La prise en compte des incertitudes pour la prévision des inondations ====

Pour passer de la prévision des crues aux stations de prévision des crues à la prévision des inondations aux abords de ces stations, des cartes de [[Zone Inondée Potentielle /ZIP (HU)|Zones Inondées Potentiellement (ZIP)]] et Zones de classes d’Iso-Hauteur de submersion (ZICH) ont été établies par les Services de prévision des crues, en préalable au processus de prévision opérationnelle, sur la base de relevés [[LIDAR (HU)|LIDAR]] assez précis en altimétrie sur les zones inondables ; ces relevés LIDAR ont été réalisés au début des années 2010, à la fois pour faire face aux obligations de la France pour l’Évaluation Préliminaire des Risques d’Inondation en application de la [https://eur-lex.europa.eu/legal-content/FR/TXT/PDF/?uri=CELEX:32007L0060 directive européenne sur l’évaluation et la gestion de ces risques], pour la consolidation des bases topographiques des PPRI et pour la prévision des inondations. Ces cartes sont disponibles pour les prévisionnistes dans la base de données VIGINOND, accessible aussi pour les Directions départementales des territoires (et de la mer) et les responsables de la gestion des crises, ainsi que plus généralement pour le public, sur le site Géorisques et, de plus en plus, via le site Vigicrues. Chacune des cartes d’un jeu de ZIP et ZICH établi pour une station de prévision correspond à un niveau d’eau (et un débit) à son échelle hydrométrique. La série des niveaux de référence retenus est adaptée à la configuration géographique et à la distribution des enjeux. Il est donc possible d’encadrer les contours de la zone inondée prévue et les profondeurs de submersion à attendre en fonction du niveau prévu à la station (ou de sa médiane, en termes probabilistes), et de l’incertitude associée (voir ''figure 7'').

[[File:prévision des crues _ incertitudes _ figure 7.PNG|800px|center|thumb|''Figure 7 : Illustration de la correspondance entre la prévision des crues et celle des inondations en prenant comme référence les cartes des Zones inondées potentiellement correspondant au débit décennal prévu, en tendance médiane, pour le moment T + 2, et au débit centennal, prévu, en tendance haute avec intervalle de confiance à 50 %, pour le moment T + 3 ; Source : Berthet ''et al.' (2016).'']]

Il est à noter que l’incertitude sur les niveaux de submersion et surtout sur les contours des zones inondées est réduite par rapport à celle portant sur les débits transités et les hauteurs d’eau (du moins avant débordement) au point de prévision. Cela s’explique physiquement :
* une augmentation sensible du débit de transit, dont une partie s’écoule dans le lit moyen ou majeur se traduira par une augmentation atténuée du niveau d’eau dans ceux-ci, du fait de l’augmentation conséquente de la surface mouillée ;
* lorsque l’inondation atteint les pieds de coteaux ou de plateaux entourant les plaines alluviales, leurs pentes devenant plus fortes limitent l’extension latérale de la zone inondée. La principale source d’incertitude deviendra alors l’espacement plus ou moins grand en niveaux d’eau de référence des jeux disponibles de cartes de zones d’inondation potentielle. Cet espacement a aussi des vertus : il traduit mécaniquement, par cette discrétisation, une double incertitude : sur les résultats des modélisations, et sur l’effet des phénomènes secondaires souvent locaux pouvant affecter le niveau d’eau en zone inondable (Voir [[De la prévision des crues à la prévision des inondations au SHPC Vienne-Thouet]]).

==L’analyse des performances des prévisions de crues==

===Les critères de qualité des prévisions===

Les prévisions sont des éléments d'information pour leurs destinataires. Pour être utiles, les prévisions doivent d'abord être jugées crédibles. Ainsi, il est nécessaire d'évaluer la confiance qu'il est possible d’accorder au système de prévision, sa fiabilité.

====Fiabilité de la prévision ====

La fiabilité relève de la confiance, qui s'établit dans la durée. Un système de prévision sera jugé fiable si les informations probabilistes (probabilité de dépassement, intervalles de prévision, etc.) des prévisions émises sont vérifiées sur un ensemble significatif de prévisions.

Par exemple, pour un système qui fournit un intervalle de prévision à 80%, sa fiabilité peut être évaluée en calculant la fréquence empirique d'appartenance des observations aux intervalles de prévision correspondants, pour des événements assez nombreux et diversifiés. Plus cette fréquence empirique est proche de 80%, plus le système sera considéré comme fiable. Ainsi, les destinataires, même ceux qui, dans un premier temps, pourraient être rebutés par ce type d’approche, peuvent partager l’évaluation de la fiabilité des prévisions ; après avoir pratiqué l’exercice, ils reconnaissent souvent qu’ils peuvent en tirer des décisions plus adéquates que s'ils avaient disposé des seules prévisions déterministes.

Pour en savoir plus : [[D.02 - Fiabilité d'une prévision|Fiche D.02 – Fiabilité d’une prévision]]

====Utilité de la prévision====

On peut définir cette utilité comme la capacité à fournir aux utilisateurs les éléments nécessaires pour prendre leurs décisions. Elle est souvent évaluée subjectivement par l'utilisateur lui-même, ou par le prévisionniste lorsqu’il cherche à intégrer les logiques de l'utilisateur pour lui fournir les éléments d’information les plus pertinents. Ces évaluations demandent pour cela des échanges très réguliers entre prévisionnistes et destinataires.

Pour en savoir plus : [[D.01 - Utilité d'une prévision|Fiche D.01 – Utilité d’une prévision]]

====Précision de la prévision====

La précision (ou la justesse) d’une prévision est sa proximité avec les observations qui seront effectuées à son échéance. Pour une prévision déterministe, elle est souvent évaluée par divers critères numériques évaluant les écarts entre prévision et observation a posteriori. Elle est évaluée par divers critères : moyennes, absolue ou quadratique ; critères de [[Nash-Sutcliffe (critère de) (HU)|Nash-Sutcliffe]] ou de persistance. Pour une prévision probabiliste, on peut étendre le concept des critères du cas déterministe, en les appliquant, par exemple, à la médiane ou à la moyenne.

Le premier réflexe du prévisionniste peut être de communiquer sur la précision, et sous des formes qui intéressent peu les utilisateurs, contrairement à la fiabilité qu’il convient de privilégier, comme on l’a vu plus haut.

Pour en savoir plus : [[D.03 - Précision d'une prévision|Fiche D.03 – Précision d’une prévision]]

====Finesse de la prévision====

La finesse d'une prévision probabiliste correspond à la "largeur" du spectre de l'incertitude : plus une prévision est incertaine, moins elle sera fine. On peut aussi la dénommer "résolution de la prévision" (les anglophones emploient le mot "''sharpness''" qui évoque la nature plus ou moins pointue ou acérée de la densité de probabilité). Elle se mesure souvent par la largeur d'un intervalle de prévision.

Il faut bien distinguer la finesse et la précision : la précision rend compte des qualités propres de la prévision, en la comparant à l'observation a posteriori ; la finesse caractérise le niveau de connaissance affiché dans la prévision. Si les incertitudes sont sous-estimées, la finesse affichée est excessive. La mesure de la finesse n’intégrant pas les valeurs observées, il s’agit plutôt d’un attribut de la prévision qu’un indicateur de sa qualité.

Pour en savoir plus : [[D.04 - Finesse d'une prévision|Fiche D.04 – Finesse d’une prévision]]

====Absence de biais systématique ====

La présence d'un biais indique que l'erreur faite par le système de prévision n'est pas entièrement aléatoire : elle comporte une partie systématique (un biais) qui pourrait être retranché aux sorties du système de prévision pour obtenir des prévisions de meilleure qualité.

Le biais d’un système de prévision déterministe se calcule sur un ensemble de prévisions passées. C’est la moyenne de l'écart des prévisions aux observations. Il est possible d'étendre ce concept aux prévisions probabilistes en considérant la précision d'une caractéristique de la prévision probabiliste comme sa moyenne ou sa médiane.

Un biais systématique peut être détecté sur le diagramme de Talagrand ([[D.08 - Diagramme de Talagrand (diagramme de rang)|Fiche D.08 – Diagramme de Talagrand]]) ou sur le diagramme de fiabilité ([[D.09 - Diagramme de fiabilité|Fiche D.09 – Diagramme de fiabilité]]). Il convient alors de les construire en les "stratifiant" selon différentes gammes de valeurs prévues (Bellier ''et al.'' 2017).

Pour en savoir plus : [[D.05 - Absence de biais systématique|Fiche D.05 – Absence de biais systématique]]

====Cohérence des prévisions ====

C’est une préoccupation qui monte en puissance par suite de la forte croissance des demandes de prévision, notamment en nombre de points de prévision et en allongement de l’horizon de prévision. La cohérence des prévisions englobe plusieurs aspects :
* la cohérence spatio-temporelle des prévisions faites à un instant donné (analyse interbassins, amont-aval) ;
* le respect de la structure temporelle de chaque prévision (pour différents horizons) ;
* la cohérence des prévisions successives au cours d’un événement de crue dont la variabilité provient de l’évolution de la connaissance de l’événement (ce qui était prévu devient observé) mais également des prévisionnistes qui se sont succèdés.

Pour concevoir des méthodes, des outils de prévision et des organisations humaines adaptés à cette production, à la fois "de masse" et de qualité, le réseau Vigicrues et EDF, même s’ils ont des contextes et des objectifs différents, ont identifié plusieurs pistes de recherches, de méthodes et d’organisations.

Pour en savoir plus : Berthet ''et al.'' (2019).

====Capacité de discrimination====

Les destinataires des prévisions peuvent prendre deux types de décision :
* l'ajustement d'une variable continue (par exemple, le débit sortant d'un ouvrage d’écrêtement de crue sur un cours d’eau, en fonction des prévisions de débit entrant) ;
* ou bien, pour la plupart de ces destinataires, un choix entre un nombre fini d'options (souvent réduit à deux options comme entre "''lancer une alerte'' ou "''ne pas lancer l’alerte''"). Les prévisions devront alors permettre d’éclairer au mieux ce choix entre plusieurs options.

L'évaluation a posteriori de la capacité de la prévision à bien discriminer entre quelques options peut se baser sur une table de contingence (Voir Tableau de la ''figure 8'').

[[File:prévision des crues _ incertitudes _ figure 8.PNG|800px|center|thumb|''Figure 8 : Table de contingence dans le cas d'une prévision de dépassement de seuil (situation binaire) ; Source : [[D.06 - Capacité de discrimination|Fiche D.06 – Capacité de discrimination]].'']]

Les défauts de discrimination peuvent conduire à l'absence d'actions qui aurait pu limiter les conséquences d'un événement (par suite d’un événement manqué) ou encore au lancement d'actions qui se révéleront inutiles par la suite (dans le cas d’une fausse alerte).

Lorsque la prévision est déterministe, le choix des utilisateurs de la prévision est fait en référence au fait si la variable prévue (niveau d’eau, débit, etc.) dépasse un certain seuil. Lorsque la prévision est probabiliste, les utilisateurs sont invités à déterminer à partir de quel niveau de vraisemblance on peut prédire que le système étudié sera dans une situation plus ou moins critique, en se basant sur une probabilité dite de coupure ( $Pc$ ) du dépassement de seuil. Cette probabilité de coupure est fixée en prenant en compte la nature des risques : s’il y a des risques notables de pertes de vies humaines ou de dégâts matériels majeurs, par exemple en cas de crues soudaines ou d’approche d’un seuil de défaillance d’une digue ou d’un barrage, elle sera fixée en privilégiant nettement l’évitement des évènements manqués, et donc en assumant plus les fausses alertes. .

La [[D.07 - Trouver l'équilibre entre taux de fausses alertes et taux d'événements manqués|fiche D.07 – Trouver l’équilibre entre taux de fausses alertes et taux d’évènements manqués]] explique comment l'information probabiliste peut être utilisée pour optimiser l'utilité de la prévision dans la
Prévision des crues : les modèles utilisés (HU)
Bernard Chocat : /* Modules hydrauliques simplifiés et MOHYS, intégrés dans la Plate-forme PLATHYNES */

[[File:logo_eurydice.jpg|80px]][[File:Logo OFB_soutien financier.png|120px]]

''Traduction anglaise : Models used for flood forecasting''

Dernière mise à jour : 14/06/2024

''article en chantier''

Cet article a pour objectif de présenter les différents modèles qui sont utilisés en France pour la prévision des crues dans le cadre du [[Vigicrues / réseau (HU)|réseau Vigicrues]].

Il a bénéficié de la relecture et des contributions de Renaud Marty et de Pierre-Adrien Hans (tous deux du SPC Loire-Allier-Cher-Indre), de Charles Perrin (INRAE-HYCAR, à Antony), Étienne Le Pape et Didier Narbaïs-Jauréguy (tous deux du SCHAPI).

Avertissement : Cet article, ainsi que ceux auxquels il renvoie ci-dessous, est spécifiquement centré sur la prévision, en France, des crues et des débordements des cours d’eau aujourd’hui pris en charge par le [[Vigicrues / réseau (HU)|réseau]] et le [[Vigicrues / procedure (HU)|système Vigicrues]]. Cette prévision s’appuie notamment sur les données météorologiques produites par [[Météo-France (HU)|Météo-France]], et les données hydrométriques produite par le réseau [[HydroPortail (HU)|HydroPortail]]. D'autres dispositifs de prévision et d'alerte existent, en particulier :
* Prévision de hautes eaux marines produites par le [[SHOM (HU)|SHOM]] et Météo-France ;
* Prévision de crues de cours d’eau plus locaux, assurées par des [[Etablissement Public Territorial de Bassin / EPTB (HU)|Établissements publics territoriaux de bassins]] ou des collectivités territoriales assumant la [[GEMAPI (HU)|compétence GEMAPI]] ou la gestion des systèmes d’assainissement pluvial, en liaison ou non avec des cours d’eau sur leur territoire ;
* Détection des risques d’inondation, par des organismes comme [[Predict service (HU)|PREDICT]] ou [[Météorage (HU)|Météorage]], et/ou aide des maires à la préparation et à la gestion des crises, comme, PREDICT.

==Introduction==

Cet article fait partie d'une série de sept articles qui traitent des différents aspects de la prévision des crues dans le cadre du réseau Vigicrues. En plus de celui-ci, cette série comprend :
* un article général : [[Prévision des crues et des inondations : vue globale (HU)]] ;
* 5 autres articles détaillant différents aspects (actuellement en cours d'écriture) :
** [[Prévision des crues : son historique en France (HU)|Prévision des crues : son historique en France]] ;
** [[Prévisions des crues : les données nécessaires (HU)|Prévisions des crues : les données nécessaires]] ;
** [[Prévisions des crues : erreurs, incertitudes et évaluation des performances (HU)|Prévisions des crues : erreurs, incertitudes et évaluation des performances]] ;
** [[Prévision des crues : les outils opérationnels utilisés en France (HU)|Prévision des crues : les outils opérationnels utilisés en France]] ;
** [[Prévision des crues : développements récents ou en cours en France (HU)|Prévision des crues : développements récents ou en cours en France]].

Cette série d'articles est complétée par :
* une partie des fiches de la famille "[http://wikhydro.developpement-durable.gouv.fr/index.php/Cat%C3%A9gorie:Incertitudes B. Description des principales sources d’incertitudes à considérer dans l’élaboration [par modélisation] d’une prévision de débit et de hauteur d’eau]". Ces fiches ont été élaborées entre 2013 et 2015 par un groupe de travail constitué de prévisionnistes des SPC et du SCHAPI, ainsi que de confrères de Météo-France, de l’IRSTEA (devenu INRAE) et de l’IFSTTAR (devenu Université Gustave Eiffel). En plus de présenter les incertitudes liées aux données utilisées et modèles eux-mêmes, ces fiches décrivent assez précisément les processus que les modèles mettent en œuvre.
* des articles plus détaillés de présentation des différents modèles rassemblés dans la catégorie Modélisation des phénomènes hydrologiques accessible sur : http://wikhydro.developpement-durable.gouv.fr/index.php/Cat%C3%A9gorie:Mod%C3%A9lisation_des_ph%C3%A9nom%C3%A8nes_hydrologiques_(HU)

Cet article traite successivement :
* des divers types de modèles utilisés par le réseau national français pour la prévision des crues ;
* des modèles hydrologiques, simulant la relation entre la pluie précipitée sur les bassins versants élémentaires et les débits à leur exutoire (où ils sont « injectés » dans le réseau hydrographique principal et modélisé) ;
* des modèles hydrauliques (ou hydrodynamiques), simulant la propagation des ondes de les 2crues et leurs compositions aux confluences, dans le réseau hydrographique modélisé.

Les modèles, hydrologiques et hydrauliques, y sont présentés suivant un schéma similaire :
* les fonctions et les limites de ces modèles,
* les divers types de modèles utilisés pour la prévision, et ceux qui ont été choisis pour un soutien prioritaire aux développements et pour l’aide à leur maîtrise, faits dans le cadre de la stratégie du réseau national français pour la prévision des crues,
* des points d’attention majeurs pour la construction et l’utilisation de ces modèles,
* des cas particuliers.

== Présentation générale des modèles utilisés pour la prévision des crues==

===Modèles hydrologiques et modèles hydrauliques===

Les modèles utilisés pour la prévision des crues ont pour fonction de prévoir l'évolution des niveaux d’eau aux stations de prévision, ainsi que les débits et les [[Ligne d'eau (HU)|lignes d'eau]] (notamment dans le cas de la prévision des inondations), sur le linéaire d'un cours d'eau. Comme pour de nombreuses autres applications en hydrologie, ils sont le plus souvent de type semi-distribué (ou détaillé), c'est à dire que le territoire d'étude est décomposé en sous-bassins versants qui produisent des débits en fonction des précipitations qu'ils reçoivent, ces sous-bassins versants étant connectés entre eux par des tronçons de rivière (et éventuellement des ouvrages de stockage). Ils reposent donc sur deux catégories distinctes de modèles qui doivent être utilisés de façon conjointe :
* les [[Modèle hydrologique (HU)|modèles hydrologiques]] (ou parfois principalement hydrologiques, voir nota), qui simulent la transformation des variables météorologiques (en particulier des précipitations), ou hydrologiques antérieures, en débits à l'exutoire des bassins versants ; ils sont alimentés par les observations et les prévisions météorologiques et sont chargés de prévoir les valeurs des variables d’état hydrologiques qui déterminent la réponse du bassin versant et d'en déduire les débits qui vont s'écouler dans les cours d'eau aval (''figure 1'') ;

[[File:4_Fig-1_Schema_modeles-hydrologiques_JPG.jpeg|600px|center|thumb|''Figure 1 : Illustration schématique d’une chaîne de prévision hydrologique sur un bassin versant ; les observations météorologiques sont formulées en valeurs instantanées pour la température et en moyennes sur un pas de temps pour les intensités de pluie (mm/h) et les observations et prévision hydrologiques en débit (m3/s) ; Source : Marty, 2020.'']]

* les modèles hydrauliques (ou hydrodynamiques) (ou parfois principalement hydrauliques, voir nota), ou leurs versions simplifiées qui simulent la propagation des ondes de crues (comprenant les phénomènes de déplacement de ces ondes et d’amortissement-stockage intermédiaire, voir [[Modèle de propagation d’ondes de crue (HU)]]) ; ces modèles sont chargés de représenter l'évolution prévue des débits, des hauteurs d'eau et des vitesses dans les lits mineurs, moyens ou majeurs des cours d’eau modélisés, ainsi que la composition des ondes de crue aux confluences et, éventuellement, leur transformation dans les retenues ou d’autres phénomènes d’hydraulique influencée, comme en zone fluviomaritime ou en amont de certaines confluences (voir [[Modèles d'écoulement en réseau et en rivière (HU)]]) ; ils sont alimentés par les prévisions issues des modèles hydrologiques, les résultats simulés étant éventuellement corrigés par des observations hydrométriques (''figure 2'').

[[File:4_Fig-2_schema-modeles-hydraul_JPEG.jpeg|600px|center|thumb|''Figure 2 : Illustration schématique d’une chaîne de prévision hydraulique sur un tronçon de cours d’eau pour représenter la propagation d’une onde de crue : les "entrées" du modèles sont constituées : des observations hydrométriques, en amont du tronçon sur le cours d’eau principal ainsi que sur les affluents ; des prévisions hydrologiques à l’exutoire des bassins versants "élémentaires" situés immédiatement en amont du tronçon ; de l’estimation des apports hydrologiques intermédiaires entre points d’injection des apports de ces bassins versants "élémentaires" ou entre 2 stations hydrométriques ; et des prévision hydrauliques ; Source : Marty, 2020.'']]

Nota : Le découpage entre modèle hydrologique et modèle hydraulique n'est pas toujours parfaitement tranché ; les modèles hydrologiques intègrent souvent des fonctions de transfert, voire des modules hydrauliques simulant les écoulements dans les cours d’eau, permanents ou non, internes au sous-bassin versant et les modèles hydrauliques peuvent prendre en compte des apports intermédiaires entre exutoires des bassins versants ou stations hydrométriques, provenant d'écoulements superficiels et/ou souterrains, ainsi que des pertes.

===Autres classifications des modèles===

Il existe dans la littérature plusieurs typologies des modèles. On peut s’appuyer en particulier sur celle de (Roche ''et al.'', 2012) au Chapitre 10.3.

En termes de prévision des crue, une différence importante est à faire selon la durée de la simulation que permettent les modèles ; on distingue ainsi (pour les modèles hydrologiques comme pour les modèles hydrauliques) :
* les modèles événementiels : leur objectif est de simuler les crues résultant d’un évènement pluvieux particulier ou d’une série de pluies suffisamment rapprochées pour générer des ruissellements qui interfèrent entre eux, ce qui justifie que l'on considère la crue de façon globale ; ces modèles sont souvent limités par la difficulté à déterminer pour eux des conditions initiales fiables, ce qui conduit par exemple à les coupler avec des modèles continus (ils sont de moins en moins souvent utilisés seuls) ou à anticiper leur mise en route par une phase de "chauffe" ;
* les modèles continus : ces modèles prennent en compte en continu toutes les précipitations qui se succèdent sur le bassin hydrographique durant une longue période (base annuelle glissante). Ils permettent de connaître les variables (comme l’humidité du sol) qui dépendent à la fois de l'antécédent pluviométrique, des conditions météorologiques, de la succession des saisons. Ils sont utiles notamment pour déterminer les conditions initiales nécessaires aux modèles événementiels, hydrologiques mais aussi hydrauliques.

D'autres distinctions sont également souvent faites, par exemple :
* entre les [[Modèle empirique (HU)|modèles empiriques]] (basés sur l’expérience et les données d’observation disponibles), les [[Modèle conceptuel (HU)|modèles conceptuels]] et les [[Modèle à base physique (HU)|modèles à base physique]] (ou d'inspiration physique) ; les frontières entre ces catégories ne sont pas toujours très nettes et plusieurs modèles peuvent être considérés comme hybrides ;
* entre les [[Modèle global et modèle semi-distribué (HU)|modèles globaux]], les [[Modèle distribué et modèle semi-distribué (HU)|modèles distribués]] et les [[Modèle semi-distribué (HU)|modèles semi-distribués]] ;
* etc.

Nous renvoyons le lecteur à l'article [[Modèle (HU)]] et aux différents articles spécifiques pour en savoir plus sur les classifications possibles, leur intérêt et leur signification.

==Rapide historique des modèles de plus en plus élaborés utilisés en France pour la prévision des crues==

Les premières prévisions des crues modernes et structurées ont été faites en France à partir du milieu du XIXe siècle (Voir l'article [[Prévision des crues : son historique en France (HU)|Prévision des crues : son historique en France]]), après les crues de 1840 sur le Rhône et de 1846 sur la Loire, en élaborant des combinaisons linéaires des hauteurs d’eau relevées sur des échelles en amont, en des points choisis pour représenter au mieux la réaction de parties assez homogènes (en pédologie, géologie et topographie). Elles ont été élaborées pour évaluer le niveau maximum à attendre et le moment où il se produira plus en aval, au droit de zones particulièrement vulnérables aux inondations.

Malgré la proposition, dès 1871 par [[Barré de Saint Venant (1797-1886) (HU)|Adhémar Barré de Saint-Venant]], d’un [[Barré de Saint Venant (équations de) (HU)|système d'équations différentielles]] décrivant la propagation des ondes de crues dans les cours d’eau, ainsi que des compléments apportés par d’autres dans les années suivantes, ces équations n’ont pas eu de suites pratiques pendant près d’un siècle, faute de moyens pour les résoudre aisément, avant l’avènement de l’informatique.

En 1934 pour la prévision des crues de la Loire de Gien à Montjean, puis en 1940 et en 1948 (Bachet, 1948) propose une méthode, pouvant aussi être qualifiée de modèle, traduite, notamment pour compenser un peu des pertes de compétences, par un ingénieux jeu d’abaques, les « Réglettes de Bachet », longtemps utilisées dans plusieurs Services d’Annonce des Crues (''figure 3''). (Voir [http://wikhydro.developpement-durable.gouv.fr/index.php/B.23_-_Mod%C3%A8les_hydrologiques_empiriques Fiche B.23 – Modèles hydrologiques empiriques]).

[[File:reglette_bachet.JPG|600px|center|thumb|''Figure 3 : Exemple de réglette de Bachet dans le bassin de la Garonne : la prévision à la station de LAMAGISTERE se fait à partir de deux stations : VERDUN et SAINT-SULPICE ; Source : Ntonga (1984).'']]

En parallèle, dans les années 1930, on voit apparaître la notion de modèles numériques, essentiellement hydrauliques, conceptuels ou simplifiant les équations de Barré de Saint-Venant, qui seront utilisés plus tard pour expliquer, représenter à des fins d’aménagement et prévoir la propagation des crues. A partir des années 1960, à titre expérimental (Cunge, 2020), puis plus opérationnel, et de façon largement dominante depuis le début des années 2010, les modèles hydrologiques et hydrauliques (ou hydrodynamiques) numériques sont les outils utilisés pour la prévision des crues.

La généralisation relativement rapide, en une dizaine d’années, de l’utilisation de modèles numériques de prévision des crues est le résultat de plusieurs facteurs :
* la maturation antérieure sur la modélisation hydrologique et hydraulique au niveau de certaines Directions régionales de l’environnement (DIREN) qui avaient eu recours à de tels modèles pour les Plans Grands Fleuves (Loire, Rhône, Seine, etc.) ou pour consolider, avec les Directions départementales de l’Équipement puis des Territoires (et de la Mer), les [[Plan de prévention des risques d’inondation / PPRI (HU)|Plans de Prévention des Risques d’Inondation]] (PPRI) ;
* la création en 2002 des [[Service de prévision des crues (HU)|Services de Prévision des Crues (SPC)]], dont une majorité au sein des DIREN, avec l’affichage de l’ambition d’une prévision des crues allant au-delà de leur annonce (comme auparavant), et l’invitation, ensuite, à publier de plus en plus sur le site [https://www.vigicrues.gouv.fr/ Vigicrues] ces prévisions ainsi que les incertitudes associées ;
* le fonctionnement en réseau des SPC et du [[Service central d’hydrométéorologie et d’appui à la prévision des inondations / SCHAPI (SCHAPI) (HU)|SCHAPI]], créé en 2003, avec des échanges renforcés et des formations structurées ;
* l’établissement de relations fortes, avec un soutien financier croissant, entre le SCHAPI, et les SPC, d’une part, et les milieux de la recherche et du développement, d’autre part ;
* la mise à disposition progressive de données nécessaires (pluviométriques et radar-météorologiques ; humidité des sols calculée par Météo-France ; possibilité de relevés topographiques suffisamment précis, par GPS puis aussi par [[LIDAR (HU)|LIDAR]] aéroporté, réalisés depuis 2011 sur la quasi-totalité des zones inondables par les cours d’eau du réseau hydrographique surveillé par l’État ;
* l’organisation de [[Retour d’expérience / REX (HU)|Retours d’expérience]] (REX) des évènements marquants en matière d’importance des dommages mais aussi d’enseignements à tirer dans le processus de prévision, notamment d’améliorations souhaitables des modèles ; le dispositif de collaboration continue avec les équipes de recherche et développement impliquées dans ceux-ci permet de dégager assez rapidement des évaluations des performances et des perspectives d’améliorations ciblées : on peut citer, par exemple, le travail mené par l’Equipe HYDRO (UR HYCAR) de l’INRAE, concernant le [[GRP (HU)|modèle GRP]], par suite des importants inondations de mai-juin 2016 ayant touché le bassin de la Seine et le nord de celui de la Loire (Pinna, 2017), et l’analyse par suite de la crue de février 2021 sur la Garonne marmandaise (Marchandise ''et al.'', 2023) ou celle des crues de juillet 2021 sur les bassins du nord-est de la France (Diederics ''et al'', 2023).

==Modèles hydrologiques pour la prévision des crues==

===Fonctions et limites des modèles hydrologiques===

Les [[Modèle hydrologique (HU)|modèles hydrologiques]] visent, dans le cadre de la prévision des crues, à estimer les valeurs futures, à divers horizons de prévision, que va prendre le débit à l’exutoire des bassins versants.

Les modèles utilisés prennent en compte les données acquises en cours d’évènement, concernant la pluie que le bassin versant a reçue, ou qu’il est prévu qu’il recevra, ainsi que des paramètres variables en fonction de l’antécédent pluviométrique (humidité des sols, éventuellement niveau des nappes, etc.). Ils utilisent aussi comme donnée de référence, lorsque c’est possible, le débit ou le niveau du cours d’eau constituant le drain final du bassin versant modélisé.

Les bassins versants sont des systèmes très complexes dont on ne peut cerner qu’une partie de la réalité. Il est donc nécessaire de s’appuyer sur un certain nombre d’hypothèses, pas toujours vérifiées ; de plus, certaines données ne sont pas accessibles en temps réel. Comme pour la plupart de ceux qui représentent des systèmes environnementaux complexes, on ne peut donc pas attendre que ces modèles donnent des résultats très précis. Pour en savoir plus sur les incertitudes associées à ce type de modélisation, voir la fiche [[B.18 - Modélisation hydrologique : quelles incertitudes ?|B.18 – Modélisation hydrologique : quelles incertitudes ?]]

===Les modèles hydrologiques utilisés pour la prévision des crues et ceux qui ont été choisis pour un soutien prioritaire aux développements et pour l’aide à leur maîtrise ===

====Modèles hydrologiques utilisés en France et dans le monde pour la prévision des crues====

Les modèles hydrologiques anciennement et actuellement utilisés dans le réseau pour la prévision des crues en France sont :
* les [[Modèle à réservoir (HU)|modèles conceptuels à réservoirs]], évènementiels au départ, puis utilisables aussi en continu, de la famille [[GR (HU)|GR]] développés par l’INRAE (ex-CEMAGREF et IRSTEA) : GR3H (utilisé dans la plate-forme [[SOPHIE (HU)|SOPHIE]]), GR4H à la fin des années 2000 (au SPC LCI) puis à partir du début des années 2010, les versions successives du [[GRP (HU)|modèle GRP]] ;
* les modèles hydrologiques évènementiels et géographiquement distribués, à base relativement physique, de la [[Plate-forme Plathynes (HU)|plate-forme PLATHYNES]], utilisée pour leur calage et leur utilisation en temps réel ; PLATHYNES résulte de la fusion, en 2014, des plates-formes [[ATHYS (HU)|ATHYS]] et [[MARINE (HU)|MARINE]] ; le modèle ALTHAIR, développé et utilisé depuis le début des années 2000 par le Service de Prévision des Crues Grand Delta [du Rhône] pour la prévision des crues rapides voire soudaines sur son territoire, après des efforts de spatialisation de ce modèle en 2005 (Ayral ''et al.'', 2005), a été porté sur PLATHYNES, aussi en 2014 ;
* le modèle LARSIM (pour ''Large Area Runoff SImulation Model'') (voir https://www.hydrology.uni-freiburg.de/publika/FSH-Bd22-Bremicker-Ludwig-francais.pdf), géographiquement distribué, et développé par la Communauté des développeurs de LARSIM (LARSIM, 2019), (Bourcet, 2013) et utilisé sur l’ensemble du bassin du Rhin, en particulier en France sur les bassins de la Moselle ainsi que du Rhin et de la Sarre, dans le cadre d’un système transfrontalier partagé de prévision des crues côtés français, luxembourgeois, et, en Allemagne, sarrois et rhénano-palatins ; il est aussi utilisé pour le bassin versant de la Meuse. Il s’applique à des mailles de 1km x 1km ou par sous-bassins versants, dit "de bilan hydrologique" (où est simulée une série assez complète des sous-processus hydrologiques) ;
* le modèle MORDOR de prévision des crues et des étiages, développé par EDF depuis le début des années 1990 (Paquet, 2004). Il n’est utilisé jusqu’ici que marginalement par le réseau Vigicrues ;
* pour l’anticipation des crues soudaines, le modèle SMASH (anciennement [[AIGA (HU)|AÏGA]]), mis en œuvre dans [[Vigicrue flash (HU)|Vigicrues Flash]].

On peut aussi citer, entre beaucoup d’autres utilisés au niveau mondial, les modules hydrologiques des plates-formes de modélisation suivantes, incluant des fonctions de prévision, qui sont, ou ont pu être, mis en œuvre en France :
* HYDRA (SETEC / Hydratec), géographiquement semi-distribué, pour l’hydrologie ;
* Delft FEWS (''Hydrological Forecasting and Warning System''), Deltares aux Pays-Bas ;
* La plate-forme LISFLOOD, base du système EFAS, conçue par le Centre commun de recherche (JRC) de la commission européenne pour les bassins fluviaux internationaux par suite des inondations de l’Oder, de l’Elbe et du Danube en 1997 et après (Van Der Knijff ''et al.'', 2008) ; LISFLOOD est un modèle géographiquement distribué à base physique et utilise des fonctions géomatiques ;
* HEC-HMS (''Hydrologic Modelling System''), géographiquement distribué, développé par ''l’Hydrologic Engineering Center of the US Army Corps of Engineers'' (USACE), basé sur les principes des modèles [[SCS (modèle) (HU)|SCS]], développés par le ''Soil Conservation Service'' américain depuis la fin des années 1960 ; il peut alimenter divers modèles hydrauliques, dont HEC-RAS.

====Les modèles hydrologiques priorisés dans le réseau Vigicrues ====

Le réseau national pour la prévision des crues, sous l’impulsion du [[Service central d’hydrométéorologie et d’appui à la prévision des inondations / SCHAPI (SCHAPI) (HU)|SCHAPI]], a préparé dès 2010 (Le Pape et Souldadié, 2010), puis adopté en 2012, une stratégie de développement et de consolidation des modèles hydrologiques et hydrauliques de prévision, qui a été ensuite régulièrement actualisée, notamment en 2020. Cette stratégie est centrée sur des modèles :
* remplissant divers critères (ouverture des codes informatiques, gratuité, existence d’une communauté de développeurs et d'utilisateurs, etc.) ;
* s’avérant pertinents ;
* restant suffisamment peu nombreux pour bénéficier d’un soutien suffisant pour leurs développements et l’aide à leur maîtrise, y compris par la formation.

De plus, la stratégie prévoit, pour les modèles hydrologiques, de :
* s’appuyer sur les outils existants, tant qu’ils donnent satisfaction et ne sont pas remplacés par d’autres plus performants, en s'appuyant notamment sur SOPHIE, une plate-forme multi-modèles "pluie-débit" ou "débit-débit", développée en France dès les années 1980 (Roche ''et al.'' , 2012), (voir aussi [[B.23 - Modèles hydrologiques empiriques]]) et qui a été utilisée comme pilote d’une structure plus complète, la Plate-forme opérationnelle pour la modélisation, la [[POM (HU)|POM]], qui l’a remplacée (Voir aussi [[Prévision des crues : les outils opérationnels utilisés en France (HU)]]). Les formules ou modèles que SOPHIE mettait en œuvre ont été abandonnés lorsque des outils reconnus comme plus performants ont été opérationnels ;
* installer très largement le [[GRP (HU)|modèle GRP]], relativement simple et robuste, dans tous les cas où il s’avère qu’il donne satisfaction (''figure 4'') ;
* soutenir le développement des modèles distribués empiriques et à base relativement physique, en favorisant leur convergence (dans le cadre de la plate-forme PLATHYNES), en privilégiant, au départ, leur utilisation dans des cas de bassins versants à caractéristiques très contrastées et où les crues sont souvent consécutives à des évènements pluvieux très hétérogènes voire, comme on le verra plus loin, pour des sous-bassins versants non jaugés, ou pour mieux évaluer des apports intermédiaires entre stations de mesure. L’observation, au cours de ces dernières années d’événements pluvieux localisés et intenses sur des territoires peu habitués à ce genre d’épisodes a conduit à la mise en œuvre de modèles distribués en compléments des approches globales traditionnelles ;
* développer des stratégies de modélisation sur sites non jaugés, dans le cadre des évolutions de Vigicrues Flash et de la plate-forme PLATHYNES.

[[File:Prévision des crues Fig-3_Utilisation-modele-GRP-en-SPC-82021_webGR.jpeg|600px|center|thumb|''Figure 4 : Utilisation en 2021 du modèle GRP dans les SPC en France ; le SPC Grand-Delta (GD)-Source a généralisé l’utilisation d’ALTHAÏR, intégré à la plate-forme PLATHYNES: https://webgr.inrae.fr/outils/modeles-hydrologiques/modele-de-prevision-hydrologique-grp.'']]

===Des points d’attention majeurs pour la construction et l’utilisation des modèles hydrologiques conceptuels de prévision des crues===

====Le calage de ces modèles hydrologiques====

Concernant le calage, on pourra se référer à l'article [[Calage d'un modèle (HU)]] et à la [[B.19 - Calage des modèles hydrologiques|Fiche B.19 - Calage des modèles hydrologiques]].

Le [[Calage d'un modèle (HU)|calage des modèles hydrologiques]] est indispensable, que ces modèles aient ou non une part (plus ou moins mesurable) de signification physique. Ce calage, du fait que les paramètres à choisir sont spécifiques à chaque bassin versant, doit s’appliquer à chacun d’eux. Il consiste à :
* pour un échantillon de crues continu, aussi long que possible et comprenant de préférence des évènements de [[Période de retour (HU)|période de retour]] statistique assez longue, analyser et critiquer (ou utiliser des séries déjà validées) les données d’évolution dans le temps :
** des intensités de pluie précipitée sur le bassin versant (données d’entrée du modèle),
** des débits mesurés à l’exutoire de celui-ci (données de sortie du modèle) ;
* ajuster (phase d’apprentissage), sur une partie de l’échantillon, la valeur de ces paramètres, en minimisant les écarts entre les débits prévus à l’exutoire par le modèle et les débits observés, en mettant en œuvre une fonction objectif utilisant des critères de calage, comme ceux de [[Nash-Sutcliffe (critère de) (HU)|Nash-Sutcliffe]] (Nash and Sutcliffe, 1970) ou Kling-Gupta (Gupta ''et al.'', 2009) ou d’autres ;
* valider ces paramètres, sur une autre partie de l’échantillon, pouvant correspondre en partie à des contextes différents.

Pour certains modèles, par exemple ceux de la [[GR (modèles) (HU)|famille GR]] développés par l’Unité HYCAR de l’INRAE, et donc le [[GRP (HU)|modèle GRP]], les calages peuvent être semi-automatisés grâce aux fonctionnalités d’un utilitaire de calage et d’évaluation (Furusho ''et al.'', 2014).

Par exemple, dans le cas du modèle [[GRP (HU)|GRP]] (''figure 5''), trois paramètres, dits libres font l’objet d’un calage (Tangara, 2005 ; Berthet, 2010):
* $Corr$ : facteur de correction du volume total de [[Pluie nette (HU)|pluie nette]], sans unité, utilisé en phase finale de la [[Fonction de production et fonction de transfert (HU)|fonction de production]] pour calculer les intensités de pluie nette corrigée, $P’r$ , alimentant la fonction de transfert, en fonction de la pluie nette mesurée $Pr$ ;
* $TB$ : le [[Temps de base (HU)|temps de base]] de l’[[Hydrogramme unitaire (modèle de l') (HU)|hydrogramme unitaire]] (en nombre de pas de temps) qui permet de simuler le décalage temporel entre la pluie précipitée sur le bassin versant et le débit à son exutoire ;
* $Rout$ : la capacité (en mm/pas de temps) du réservoir de transfert (l’autre module central de GRP), qui assure un lissage temporel de la pluie efficace corrigée

[[File:grp2.JPG|500px|center|thumb|''Figure 5 : Schéma structurel du modèle GRP (E : ETP ; P : pluie ; Q : débit ; CORR (-) : facteur de correction des pluies nettes ; TB (h) : temps de base de l’hydrogramme unitaire ; ROUT (mm) : capacité du réservoir de routage ; les autres lettres représentent des variables internes) ; Source : INRAE (2024).'']]

Il est à noter que :
* la pluie précipitée a le statut de donnée d’entrée (ou de forçage) et le volume du réservoir d’humidité (dans le module de production) doit être initialisé (voir § "L’initialisation des modèles") ;
* le modèle comporte, en amont dans les processus modélisés, deux modules récents, devant être initialisés :
** un module "neige" qui est dédié à l’accumulation et à la fonte de la neige,
** ainsi qu’un "réservoir d’interception" des précipitations par l’[[Evapotranspiration potentielle / ETP (HU)|évapotranspiration potentielle]] ;
* en aval dans ce processus, une procédure d’[[Assimilation des données (HU)|assimilation]] des valeurs du dernier débit observé et de l’écart entre celui qui avait été prévu et celui qui a été observé au pas de temps précédent, permet de corriger les valeurs aux pas de temps suivants de la capacité du réservoir de routage ; cette assimilation requiert donc une 3ème donnée d’entrée, le dernier débit observé à l’exutoire. Cette procédure est à utiliser préférentiellement en mode opérationnel de prévision, car en calage elle peut influencer la détermination des paramètres du modèle (Astagneau, 2022) ; une réflexion est en cours pour atténuer, si possible, cet inconvénient.

====L’initialisation des modèles ====

On pourra aussi se référer notamment à la Fiche [[B.24 - Initialisation des modèles hydrologiques et incertitude résultante]].

Lors de l’initialisation d’un modèle hydrologique, on définit la valeur des variables d’état au démarrage d’une période de prévision (ou d’un autre type de simulation), pour décrire l’état du système hydrologique (bassin versant, y compris les cours d’eau qui le drainent) à ce moment-là. La précision des prévisions dépend beaucoup de la qualité de l’initialisation : notamment, celle des variables d’état traduisant l’humidité du sol au début de l’évènement, car elle a une forte influence sur les valeurs du débit simulé.

Pour initialiser un modèle, on peut avoir recours à trois méthodes :
* l’observation des débits à l’exutoire du bassin versant, qui peuvent être des témoins de l’état d’humidité des sols, comme dans une procédure d’assimilation des données ;
* l’initialisation évènementielle, en s’appuyant sur des indicateurs calculés comme ceux de la chaîne SIM (Safran – Isba – Modcou) (https://www.umr-cnrm.fr/spip.php?article424) puis d’ISBA-CTRIP (https://www.umr-cnrm.fr/spip.php?article1092) mis à disposition du SCHAPI et des SPC par Météo-France ; l’initialisation par l’indicateur $HU$ d’humidité des sols issu de ces chaînes est opérationnelle depuis la fin 2023 pour les modèles de la plate-forme [[PLATE-FORME PLATHYNES (HU)|PLATHYNES]] ainsi que pour des abaques de vigilance utilisés par certains SPC, d’autres se référant aussi, comme témoins, aux débits observés à l’aval des bassins versants concernés ; même pour un prévisionniste averti il s’avère difficile, en particulier pour les modèles conceptuels, de relier un certain nombre de variables d’état à des observations disponibles en temps réel car elles peuvent varier sensiblement suivant leur localisation et les évolutions météorologiques ;
* la simulation continue de l’historique des pluies et des évènements de temps sec pendant une assez longue période avant l’évènement faisant l’objet de la prévision. Cela demande de disposer d’une version adaptée du modèle, qui s’appuiera sur les mesures de pluie (et, si on est en mode "assimilation", sur celles du débit à l’exutoire), ainsi que de mesures météorologiques complémentaires. Pour la plupart des modèles hydrologiques, les résultats d’une simulation continue assez longue deviennent assez indépendants des variables d’état initiales : il est conseillé, pour le modèle GRP, de simuler en mode continu une période d’une année, ou moins, mais en prenant des précautions particulières.

====Le fonctionnement en extrapolation de ces modèles ====

On pourra aussi se référer notamment à la Fiche [[B.20 - Modélisation hydrologique : fonctionnement en extrapolation]].

Un modèle fonctionne en extrapolation lorsqu’il s’applique à des pluies ou des débits dont les caractéristiques sortent de la gamme de ceux sur lesquels il a été calé. Ces caractéristiques peuvent être des valeurs très fortes d’intensité de pluie ou de débit maximal, correspondant à des évènements assez rares et dont on n’aura pas toujours la chance de disposer dans l’échantillon des données observées ; elles peuvent aussi concerner des situations surprenantes non observées sur l’échantillon, comme des ruissellements très fortement ou faiblement amortis au regard des caractéristiques des précipitations.

Les modèles qui respectent des principes robustes, comme la conservation de la masse, le garde-fou le plus fiable, sont moins susceptibles de donner, en extrapolation, des résultats trop faux. Les modèles conceptuels prenant cette précaution, ou les modèles à base physique, sont en général dans ce cas. Ce n'est pas toujours le cas des modèles reposant sur des réseaux de neurones artificiels ou de certains modèles empiriques, en particulier certains de ceux qui ont été mis en œuvre dans la plate-forme multi-modèles SOPHIE et qui ont qui ont été repris dans PLATHYNES, comme les modèles de "relations linéaires".

====L'importance d'une évolution permanente des modèles====

Une confrontation permanente entre les résultats de simulation et les valeurs de débit mesurées, en particulier au travers de [[Retour d’expérience / REX (HU)|retours d'expérience]], permet de faire évoluer les modèles et d'améliorer leur capacité prédictive.

Cette démarche a en particulier été appliquée au modèle GRP est a permis de mettre en place des versions plus performantes sur un grand nombre de bassins versants (voir [[GRP (HU)]]) (Pinna, 2017 ; Pérédo ''et al.'', 2018 ; Tibéri-Wadier ''et al.'', 2022).

===Les modèles géographiquement distribués, en partie d’inspiration physique (MARINE, ATHYS, et ALTHAÏR) ===

Cette voie a fait, en France, l’objet d’investigations depuis les années 1990 (Moussa, 1993) pour prendre en compte l’hydrologie générale de bassins versants hétérogènes, comme dans les Cévennes.

Pour les applications actuelles en prévision des crues, notamment, on pourra se référer :
* aux articles MARINE (HU), ATHYS (HU) et à la page [[La prévision des crues à l'aide du modèle pluie/débit spatialisé ALHTAIR sur les bassins cévenols|La prévision des crues à l’aide du modèle ALTHAÏR sur les bassins cévenols]] ;
* à la Fiche [[B.25 - Modèles hydrologiques distribués|B.25 – Modèles hydrologiques distribués]].

Les modèles MARINE, développé par l’Institut de Mécanique des fluides de Toulouse (''figure 6''), ATHYS, conçu par HydroSciences de Montpellier et l’IRD, et ALTHAÏR, développé et utilisé par le SPC GD, sont tous les trois installés sur la Plate-forme commune PLATHYNES (Narbaïs-Jaureguy ''et al.'', 2023) et utilisable pour la prévision opérationnelle des crues. Ils sont adaptés pour des bassins versants dont les parties ont des caractéristiques assez contrastées et qui sont soumis à des crues rapides consécutives à des pluies consécutives intenses et inégalement réparties.

[[File:Marine.JPG|600px|center|thumb|''Figure 6 : Présentation synthétique de la structure du modèle MARINE ; Source : '']]

D'autres modèles de ce type existent, comme :
* LARSIM, qui, lui, permet aussi de sectoriser par sous-bassins versants,
* MORDOR-TS (pour MOdèle à Réservoir, de Détermination Objective du Ruissellement, totalement Spatialisé), développé par EDF pour la prévision des crues et des étiages (En réalité il s'agit d'un modèle semi-distribué, le bassin versant étant découpé en sous-bassins versants de superficie choisie, sachant, par ailleurs, que le modèle MORDOR-SD est, lui, découpé en bandes d’altitude) ; voir https://www.drias-eau.fr/accompagnement/sections/394.

Tous ces modèles reproduisent, en s’appuyant sur un maillage régulier et assez fin de l'espace. Des mailles de 1 km x 1 km sont souvent conseillées car cette échelle kilométrique :
* correspond au maillage des images radar-météorologiques calibrées décrivant le mieux la distribution spatio-temporelle de la pluie ;
* est un bon compromis entre la représentation du bassin, de son réseau de drainage, et ne génère pas des temps de calcul excessifs, les divers processus hydrologiques de production et de transfert, étant décrit en s’appuyant sur des lois d'inspiration physique ;
* est assez cohérent avec la précision des modèles numériques de terrain des bassins versants, celle des cartes d’occupation du sol ou des caractéristiques pédologiques et géologiques, ainsi que de la description de la morphologie des cours d’eau drainant le bassin versant.
* permet de positionner assez correctement dans les modèles l’exutoire du bassin et les stations de mesure.

Nota : Il faut noter que, même dans ces modèles, on est encore très loin d'une véritable description physique des phénomènes hydrologiques, la dimension des mailles de calcul étant beaucoup trop grande pour assurer une réelle homogénéité de fonctionnement, ce qui justifie d’utiliser de préférence l’expression "d’inspiration physique" pour les caractériser.

Le modèle MARINE, par exemple, simule au niveau de chaque maille et dans les échanges entre mailles :
* l’[[Interception par la végétation (HU)|interception]] par la végétation et l’[[Evapotranspiration (HU)|évapotranspiration]] ;
* l’[[Infiltration (HU)|infiltration]] dans le sol ([[Green et Ampt (modèle de) (HU)|modèle de Green et Ampt]]) ;
* les [[Ecoulement de subsurface (HU)|écoulements de subsurface]] (modèles de [[Darcy (loi de) (HU)|Darcy]] et [[Top Model (HU)|Topmodel]]),
* les ruissellements de surface et dans le réseau hydrographique drainant le bassin versant (modèle de l’[[Onde cinématique (modèle de l’) (HU)|onde cinématique]]).

Ces modèles, développés à l’origine pour des bassins versants aux caractéristiques hétérogènes, sont aussi de plus en plus utilisés pour modéliser l’hydrologie de bassins versants moins hétérogènes, mais où les cours d’eau ne sont pas très densément instrumentés (ce qui est le cas général), en faisant un effort de régionalisation des paramètres des fonctions de production simulant la relation "pluie sur chacune des mailles - débit à l’exutoire de ces mailles". La régionalisation est une méthode générale consistant à extrapoler des informations acquises sur des bassins jaugés (disposant d’assez longues séries de mesures hydrométriques validées) à des bassins versants non jaugés. Appliquée à des modèles géographiquement distribués comme ceux de la plate-forme PLATHYNES, elle permet d’opérer une interpolation spatiale de la réponse hydrologique mesurée à l’aval d’un assez grand bassin versant (Voir en p. 279 du mémoire de thèse (Rouhier, 2018) portant sur la régionalisation du modèle MORDOR-TS). Cela ouvre des perspectives prometteuses pour étendre largement la prévision des crues à l’aval de nombreux sous-bassins versants.

===Les procédures multi-modèles principalement hydrologiques===

La plate-forme SOPHIE (HU) a permis, à partir de la deuxième moitié des années 1980, de fédérer dans une même plate-forme les diverses formules et les quelques modèles utilisés opérationnellement pour la prévision des crues. Elle a ainsi offert un premier environnement commun pour la gestion des données d’entrée et des résultats, ainsi que pour leur comparaison, lorsque plusieurs modèles étaient mis en œuvre. Cet outil a constitué la ressource permettant d’attendre jusqu’en 2013 le début de la diffusion de la Plate-forme Opérationnelle de Modélisation (POM). La généralisation de l’utilisation de la POM dans les SPC et la mise en évidence des limitations des formules et modèles empiriques ont rendu caduc l’outil SOPHIE, dont les composants restant utiles ont été intégrés dans la POM.

Le principe du recours à des modélisations différenciées et à la comparaison de leurs résultats est une ressource précieuse pour consolider l’évaluation des incertitudes de prévision. La POM le rend possible. Ces multi-modèles peuvent être de la même famille (GRP, comme on l’a vu plus haut), mais aussi favorisent une complémentarité et un rapprochement des modèles conceptuels et des modèles distribués d’inspiration physique (sans que cela ne nécessite beaucoup plus de mesures, notamment en temps réel).

L’intérêt pour les procédures multi-modèles reste d’actualité, en hydrologie générale : on peut citer par exemple (Arsenault, 2015) et (Thébault ''et al.'', 2023).

==Modèles hydrauliques (ou hydrodynamiques) pour la prévision des crues et des inondations ==

===Les fonctions et principales caractéristiques des modèles hydrauliques===

La simulation de la propagation d’une onde de crue (voir [[Modèle d'écoulement en réseau et en cours d'eau (HU)|Modèle d'écoulement en réseau et en cours d'eau (HU)]]) permet de prévoir les changements que subira l’hydrogramme qui la représente au cours de sa propagation dans le système hydraulique, le long des tronçons modélisés de cours d’eau, entre deux confluences majeures. Ces changements résultent :
* de la diffusion de l'onde de crue qui se traduit par un [[Amortissement d'un hydrogramme (HU)|amortissement]] du pic de crue, un allongement de la durée de l'hydrogramme et un décalage temporel ;
* des apports (et dans une moindre mesure des pertes) intermédiaires ou des particularités rencontrées sur le parcours (stockage ou lâcher d’eau au niveau d’un barrage-réservoir, par exemple).

Et à ces confluences majeures, ces modèles composent les apports du cours d’eau principal et d’un ou plusieurs affluents.

Il existe deux grandes familles de modèles de propagation et de composition des crues :
* les [[Modèle de propagation d’ondes de crue (HU)|modèles simplifiés de propagation des ondes de crue]], apparentés aux modèles analogiques numériques (dits parfois improprement "hydrologiques") et résultant, soit d'approches conceptuelles, soit de simplifications des [[Barré de Saint Venant (équations de) (HU)|équations Barré de Saint-Venant]], par exemple : le [[Muskingum (Modèle) (HU)|modèle Muskingum]], le [[Onde cinématique (modèle de l’) (HU)|modèle de l’onde cinématique]], ou encore les modèles basés sur des hydrogrammes unitaires de type Hayami (voir par exemple Baptista et Michel, 1989), ou plus récemment MOHYS ; les modèles de cette famille n'utilisent que le débit et permettent uniquement de représenter les déformations de l'onde de crue.
* les modèles hydrauliques (ou hydrodynamiques) reposant sur les [[Barré de Saint Venant (équations de) (HU)|équations de Barré de Saint-Venant]] ; ils représentent à la fois le débit et les grandeurs hydrauliques qui le caractérisent (hauteur et vitesse moyenne) ; ces modèles nécessitent des informations détaillées sur la géométrie et la rugosité des tronçons du cours d’eau, ainsi que des méthodes de calcul plus élaborées ; ce sont ceux qui sont aujourd'hui les plus largement utilisés ; ils peuvent être monodimensionnels (1D) ou bidimensionnels (2D).

L'utilisation d'un modèle filaire (1D) peut être suffisante dans les secteurs avec des [[Lit majeur (HU)|lits majeurs]] assez étroits et sans enjeux très forts. Elle est alors privilégiée pour des questions de temps de calcul et de quantité de données à fournir.

Cette représentation simple peut cependant être insuffisante dans les autres cas, pour lesquels il faudra simuler les écoulements en lit majeur. Ceci est possible de deux façons :
* l’ajout au modèle filaire (1D) utilisé sur le lit mineur, et éventuellement sur les principaux chenaux d’écoulement en lit moyen ou majeur, d’un [[Modèle à casier (HU)|modèle à casiers]] permettant de représenter les transferts d'eau, d'une part entre le lit mineur et les principaux chenaux d’écoulements, et d'autre part les zones d’expansion de crue dans les lits moyen et majeur ; ces modèles à casiers sont d'autant plus pertinents que les trois types de lits sont assez bien compartimentés par des infrastructures en remblais, des digues latérales ou des talus routiers ou ferroviaires, qui contraignent les écoulements en lit majeur et conditionnent les stockages consécutifs aux débordements ; les échanges entre casiers sont régis par des lois de transfert (souvent des lois de [[Seuil hydraulique (HU)|seuils]] ou d’[[Orifice (HU)|orifices]]) ;
* des modèles multidirectionnels, à 2 dimensions horizontales (2D), dans le cas où les écoulements vont, au sein du lit mineur (par exemple dans un estuaire large comme la Gironde) ou de la zone inondée, dans plusieurs directions horizontales ; ces modèles fournissent le niveau d’eau ainsi que les composantes horizontales de la vitesse en tous points d’un maillage reposant sur une grille de calcul horizontale ; ils nécessitent des données topographiques et bathymétriques suffisamment précises, en altimétrie (une à deux dizaines de centimètres) et en résolution horizontale (variant de quelques mètres à quelques dizaines de mètres, suivant que les variations altimétriques sont marquées ou pas) ; ils permettent aussi de représenter les écoulements de manière relativement concrète, sur des cartes dynamiques, ce qui facilite la communication au public. Mais ils sont plus lourds à mettre en œuvre, notamment pour la collecte des données nécessaires, même si de très notables progrès ont été faits depuis le début des années 2010 sur la disponibilité et la précision des informations topographiques. Ces modèles multidirectionnels peuvent aussi être très utiles pour simuler des écoulements localisés aux abords d’un ouvrage ou d’une autre singularité hydraulique ou consécutifs à l’ouverture d’une brèche dans une digue. Ils peuvent tenir compte d'autres variables climatiques (par exemple le vent).

La spécificité des modèles hydrauliques pour la prévision des crues par rapport à ceux qui sont utilisés en simulation pour évaluer les risques ou les effets d’aménagements est moins forte que pour les modèles hydrologiques. Elle est centrée sur leur capacité à :
* recevoir et traiter en temps réel différentes données d’entrée : résultats des modèles hydrologiques, mesures hydrométriques et informations éventuelles sur des modifications du contexte hydraulique ;
* exécuter les calculs et fournir les résultats dans des délais obligatoirement assez courts.

Ces modèles peuvent donc résulter assez facilement d’adaptations de modèles ayant déjà été mis en place pour d’autres fonctions (élaborer des [[Plan de prévention des risques d’inondation / PPRI (HU)|Plans de prévention des risques d’inondation]], évaluer les options d’une stratégie de réduction de ces risques, etc.) ce qui s’est produit, par exemple dans le cadre de Plans grands fleuves ou des PAPI. Les contraintes opérationnelles nécessitent tout de même de privilégier des modèles à la fois robustes informatiquement (peu sujets à des interruptions ou des pannes) et d’exécution rapide, ce qui oblige parfois à simplifier ou reconfigurer ces modèles, voire à coupler de la modélisation filaire (grands corridors) et de la modélisation mulidirectionnelle (lits mineurs ou majeurs larges, zones de confluences, présence d’ouvrages hydrauliques et d’enjeux forts et différenciés, etc.) comme le permettent les suites [[TELEMAC-MASCARET (HU)|TELEMAC-MASCARET]] ou HEC-RAS.

===Les divers modèles hydrauliques utilisés et ceux qui ont été choisis pour un soutien prioritaire===

====Les modèles hydrauliques utilisés pour la prévision des crues====

Les modèles hydrauliques, ou hydrodynamiques, actuellement utilisés dans le réseau pour la prévision des crues en France sont présentés dans les paragraphes suivants.

=====Modules hydrauliques simplifiés et MOHYS, intégrés dans la Plate-forme PLATHYNES =====

La plate-forme PLATHYNES intégrait, dès 2014, divers modules de transfert hydraulique simplifié : [[Onde cinématique (modèle de l’) (HU)|onde cinématique]], relations linéaires, etc.

MOHYS constitue un modèle spécifique de cette famille. Il s’agit d’un modèle de propagation simplifié, rapide et souvent performant, qui appartient à la famille des [[Modèle de propagation d’ondes de crue (HU)|modèles de propagation d'ondes de crue]]. Il a été rajouté à la plate-forme en 2023. Ses principales fonctions sont les suivantes :

* il propage l'hydrogramme dans le tronçon selon un temps de propagation qui peut être ajusté en fonction d'un indicateur (une classe de niveau d’eau ou de débit),
* il réalise ensuite une amplification par application d'un coefficient (ratios de surfaces de bassins versants) pour prendre en compte les apports intermédiaires entre le bassin drainé à une station en amont et le bassin jusqu'à la confluence avec le cours d’eau principal,
* il représente le laminage de l’onde de crue du fait de sa propagation et/ ou du fait des débordements,
* il lisse le signal via un hydrogramme unitaire, ce qui est notamment nécessaire si la station amont est une sortie de barrage.

=====MASCARET=====

Pour en savoir plus, voir [[MASCARET (HU)]] ainsi que (Le Pape ''et al.'', 2024).

Ce logiciel repose sur un modèle hydrodynamique filaire 1D (monodimensionnel suivant l’axe longitudinal du cours d’eau) résolvant les [[Barré de Saint Venant (équations de) (HU)|équations de Barré de Saint-Venant]] par la [[Différences finies (méthode des) (HU)|méthode des différences finies]] ou la [[Eléments finis (méthode des) (HU)|méthode des éléments finis]].

Il a été développé à l'origine par le Laboratoire National d’Hydraulique et d’Environnement (LNHE) d’Électricité de France (EDF) (Goutal et Maurel 2002 ; Goutal ''et al'', 2012), puis codéveloppé avec le CETMEF (intégré par la suite au CEREMA) et Artelia. Il est composé de trois noyaux de calcul hydrodynamique et permet des calculs en [[Régime d’écoulement (HU)|régime ]]:
* [[Fluvial (écoulement) (HU)|fluvial]] ou [[Torrentiel (écoulement) (HU)|transcritique]] (souvent dit torrentiel) permanent ;
* fluvial non permanent (en utilisant le schéma de différences finies de Preissmann) ;
* transcritique non permanent (en utilisant le schéma Volumes finis Roe).

Le logiciel peut décrire des profils complexes incluant un grand nombre de points descriptifs du lit mineur et des cours d’eau des lits majeurs contributifs (cas de vallées assez étroites ou de chenaux dans les vallées plus larges), dont les mises en eaux puis hors d’eau peuvent se faire de manière progressive. Un [[Modèle à casier (HU)|modèle à casiers]], couplé avec les noyaux fluviaux, permet de prendre en compte, par un ensemble de casiers interconnectés, les zones inondables moins contributives à l’écoulement. Ces casiers peuvent être reliés à la rivière et entre eux par différentes liaisons hydrauliques représentant les zones d'échange et les obstacles naturels de l'écoulement ([[Digue (HU)|digue]], [[Seuil hydraulique (HU)|seuil]], chenal, [[Siphon (HU)|siphon]], [[Orifice (HU)|orifice]], [[Vanne (HU)|vanne-clapet]]).

MASCARET est maintenant intégré dans la chaine [[TELEMAC-MASCARET (HU)|TELEMAC-MASCARET]] qui constitue un ensemble de codes de calculs scientifiques couplés et parallélisés, dédiés à la modélisation de l’hydraulique environnementale à surface libre, qui regroupe des codes 1D, 2D et 3D, permettant de modéliser et prédire tous les écoulements liés à l’eau : cours d’eau, réservoirs et lacs, mers et océans, divers transports solides, qualité de l’eau, etc. Cette suite est composée de logiciels libres, gratuits et bénéficie d’une communauté d’utilisateurs et développeurs. Depuis 2015, le bureau d’études Artelia gère la maintenance du code Mascaret dans le cadre du Consortium TELEMAC-MASCARET et intègre les développements des contributeurs. Cet outil est utilisé par de nombreux organismes européens et internationaux.

Le développement d'une nouvelle interface de description de la géométrie des lits, d’abord par le SPC Maine-Loire aval (DREAL Pays de la Loire), sous forme d’un prototype de plugin QGIS, puis son amélioration permanente, sous pilotage du SCHAPI, en association avec le CEREMA, a permis de beaucoup faciliter son utilisation, sous contrôle par visualisation cartographique, avec une ergonomie rendant plus fiable et plus rapide la construction d’un modèle de grande emprise. Le plugin de QGIS est diffusé par ARTELIA, et bénéficie d’une documentation en ligne (https://github.com/Artelia/Mascaret/wiki) (voir ''figure 7'').

[[File:mascaret1.JPG|600px|center|thumb|''Figure 7 : Positionnement des profils en travers (en rouge) pour la modélisation hydraulique avec MASCARET des écoulements dans les lits mineur et majeur de l’Adour et des Gaves réunis au niveau et à l’aval de leur confluence ; Source : [http://www.opentelemac.org/index.php/presentation?id=138 Open TELEMAC-MASCARET].'']]

Dès 2006, un premier modèle Mascaret a été construit sur un secteur influencé par la marée : l’Adour aval, un des cas où il devenait impératif de disposer d’un modèle permettant de prendre en compte cette influence aval (maritime, en l’occurrence) aussi bien que celle des crues générées en amont. Petit à petit d’autres modèles MASCARET de prévision des crues ont été construits et plus d'une cinquantaine existaient en 2023 (''figure 8''). La plupart des 17 SPC sont aujourd'hui dotés d’au moins un modèle MASCARET. Cette montée en puissance a été accompagnée par des formations spécifiques pour une cinquantaine de modélisateurs, ainsi que de développements en interne dans plusieurs SPC et par le CEREMA. La construction de modèles MASCARET a vocation à se poursuivre notamment sur les zones à forts enjeux surveillés par Vigicrues.

[[File:Prévision des crues Fig-10_mascaret.JPG|600px|center|thumb|''Figure 8 : Recensement en 2022 et 2023 des modèles MASCARET utilisés pour la prévision des crues en France sur le territoire métropolitain ; Source : Le Pape ''et al.'' (2024).'']]

=====TELEMAC-2D=====

Pour en savoir plus, voir [[TELEMAC-MASCARET (HU)]].

Le logiciel TELEMAC-2D (Open TELEMAC-MASCARET, 2023) et (TELEMAC-2D Manuel de l’utilisateur, 2010) résout les équations de Barré de Saint-Venant à deux dimensions horizontales. Ses résultats principaux sont la hauteur d’eau et la vitesse moyenne sur la verticale en chaque point du maillage. TELEMAC-2D trouve ses applications en hydraulique à surface libre, maritime ou fluviale. Il est capable de prendre en compte une multitude de phénomènes physiques, notamment, dans notre domaine : le frottement sur le fond ; l’influence de la force de Coriolis ; l’influence de phénomènes météorologiques (pression atmosphérique et vent) ; la turbulence ; les écoulements torrentiels et fluviaux ; les zones sèches dans le domaine de calcul (bancs découvrant et plaines inondables) ; le traitement de singularités (seuils, digues, buses, etc.) ; le couplage avec le transport sédimentaire ; etc.

=====HYDRARIV=====

HYDRARIV (SETEC Hydratec) est un progiciel de modélisation hydrologique et hydraulique, notamment, qui associe et peut coupler divers schémas de représentation (1D ou filaire ; casiers ; maillages 2D). Son noyau de calcul est constitué par le logiciel HYDRA Et repose sur le système d’information QGIS, libre et open-source. Une interface graphique dédiée, HYDRAMAP agit comme pré processeur d’HYDRARIV pour générer en lot certaines entités de modélisation et traite cartographiquement certains résultats. HYDRARIV a été utilisé pour évaluer les stratégies du Plan Loire, puis pour la prévision des crues sur la Loire moyenne, après adaptation (pour pouvoir mieux simuler les ruptures de digues en Loire moyenne et leurs effets) à la fin des années 2000 (DREAL Centre / HYDRATEC, 2009), avant que ne soit aussi mis en place MASCARET ; HYDRARIV continue d’être utilisé sur la Loire moyenne, en particulier pour ses capacités à simuler les ruptures de digues ; il est aussi mis en œuvre, par exemple, pour la prévision des crues de la Saône aval.

=====Autres modèles=====

D'autres modèles méritent également d'être cités :
* le modèle de la Compagnie Nationale du Rhône, qui a été utilisé pour le Plan Rhône, puis adapté et utilisé pour la prévision des crues du Rhône en aval de Lyon ;
* le modèle HEC-RAS qui a été connecté, pour le SPC Rhin-Sarre, au modèle LARSIM (Bourcet, 2013) et aussi d’autres modèles de prévision utilisés dans d’autres pays :
** MIKE 11 et MIKE 21, modèles respectivement filaire et multidirectionnel, développés par le ''Danish Hydraulic Institute (DHI)'', utilisés pour la prévision des crues, notamment dans les pays scandinaves ;
** Delft-FEWS (plate-forme destinée à la prévision en temps réel, plate-forme très complète de modèles divers et d’outils périphériques produite par Deltares aux Pays-Bas), utilisée notamment au BanglaDesh et aux USA par le ''Community Hydrologic Prediction System (CHPS)'', système national collectif de prévisions hydrologiques du service météorologique américain (NOAA) ;
** Les modèles de propagation et composition des ondes de crues de la plate-forme LISFLOOD, base du système EFAS, et son module LISFLOOD–FP (''Flood Plains'') permettant la simulation multidirectionnelle de l’inondation des plaines inondables.

====Les modèles hydrauliques priorisés dans le réseau Vigicrues ====

Comme pour les modèles hydrologiques (Voir § 3.2.2. ci-dessus), la stratégie de développement et de consolidation des modèles de prévision des crues du réseau Vigicrues prévoit, pour les modèles hydrauliques :
* d’intégrer dans les Plates-formes opérationnelle POM et PLATHYNES les principaux modèles utilisés ;
* d’installer le modèle hydrodynamique filaire 1D MASCARET, sauf dans les cas suivants :
** lorsqu'un modèle de niveau au moins équivalent (HYDRARIV ou MIKE 11, par exemple) a été mis en place sur le cours d’eau et sa zone inondable à l'occasion d'une étude antérieure (par exemple pour définir les cartes d’aléas d’inondation des [[Plan de prévention des risques d’inondation / PPRI (HU)|Plans de prévention des risques d’inondation]]), et que ce modèle a été adapté pour la prévision des crues et reste performant ;
** lorsque qu’un modèle de propagation d'onde de crue simplifié, comme MOHYS, donne satisfaction ;
* de soutenir la mise en place du modèle TELEMAC 2D dans les cas où c’est nécessaire.

le modèle MASCARET a été choisi car il s'agit d'un logiciel libre et gratuit, relativement facile d’utilisation et dont le potentiel continue d’être développé par une communauté dynamique (LNHE d’EDF, CEREMA, SPC, ARTELIA et d’autres), notamment pour l’[[Assimilation des données (HU)|assimilation des données]], en forte liaison avec un club des utilisateurs.

Une action de recherche associant le SCHAPI et le CERFACS a par exemple visé à développer une [[Assimilation des données (HU)|méthode d'assimilation des données]] prenant en compte, à chaque pas de temps de prévision, le dernier débit observé et son écart avec le débit prévu antérieurement pour cette échéance (Habert, 2016). Cette recherche a pu être mise en phase opérationnelle pour la prévision des crues dans le SPC "Seine amont-Marne amont" ;

===Des points d’attention majeurs pour la construction et l’utilisation des modèles hydrauliques de prévision===

Voir également la [[B.26 - Modélisation hydraulique|Fiche B.26 - Modélisation hydraulique]].

====L’architecture de calcul des modèles hydrauliques====

Comme vu plus précisément au § "MASCARET", la construction d'un modèle hydraulique repose essentiellement sur des données topographiques décrivant le lit mineur de la rivière avec ses éventuels bras secondaires, ainsi que la plaine inondable (lits moyen et majeur) et tous les ouvrages hydrauliques influant sur les écoul
Prévisions des crues : les données nécessaires (HU)
Bernard Chocat : /* Débit et hauteur d’eau dans un cours d’eau, emplacements des stations de mesure */

''Traduction en anglais : Flood forecasting : necessary data ''

Dernière mise à jour : 17/06/2024

''article en chantier''

Cet article traite des données nécessaires à la prévision des crues mises en œuvre dans la démarche [[Vigicrues / procedure (HU)|Vigicrues]].

Il a bénéficié de la relecture et des contributions de Nicolas Cavard (SPC Loire-Allier-Cher-Indre).

Cet article fait partie d'une série de sept articles qui traitent des différents aspects de la prévision des crues par les services de l’État. En plus de celui-ci, cette série comprend :
* un article général : [[Prévision des crues et des inondations : vue globale (HU)]] ;
* 5 autres articles détaillant différents aspects (dont certains encore en cours d'écriture) :
** [[Prévision des crues : les modèles utilisés (HU)|Prévision des crues : les modèles utilisés]] ;
** [[Prévision des crues : erreurs, incertitudes et évaluation des performances (HU)|Prévision des crues : erreurs, incertitudes et évaluation des performances]] ;
** [[Prévision des crues : son historique en France (HU)|Prévision des crues : son historique en France]] ;
** [[Prévision des crues : les outils opérationnels utilisés en France (HU)|Prévision des crues : les outils opérationnels utilisés en France]] ;
** [[Prévision des crues : développements récents ou en cours en France (HU)|Prévision des crues : développements récents ou en cours en France]].

==L'essentiel==

Le chapitre 1 présente les trois types de données nécessaires à la prévision des crues et des inondations :
* les données d’observation :
** acquises antérieurement et utilisées pour des statistiques ou le calage des modèles,
** acquises en temps quasi réel lors du déroulé des évènements (pluies et crues consécutives), pour l’analyse des évolutions en cours, l’alimentation des modèles et l’ajustement de leurs résultats ;
* les variables d’état, qui permettent de décrire dans les modèles hydrologiques ou hydrauliques les principales caractéristiques, respectivement, des bassins versants élémentaires ou des cours d’eau du réseau hydrographique principal, acquises pour la construction des modèles et, dans certains cas, complétées pour l’initialisation des modélisations en temps réel,
* les paramètres des modèles, qui sont plus éloignés d’une réalité mesurable ou évaluable, et qu’il faut ajuster puis valider sur des jeux de données historiques, lors du calage des modèles.

Sont ensuite abordées de façon plus approfondie :
* dans le chapitre 2, les données météorologiques, essentiellement pluviométriques, provenant de mesures ponctuelles au sol ou d’images radar-météorologiques ajustées sur ces mesures au sol, et elles relèvent en quasi-totalité des données d’entrée et de contrôle des modèles, ainsi que leur prévision avec des modèles météorologiques ;
* dans le chapitre 3, les données hydrométriques, concernant les niveaux d’eau et les débits dans les cours d’eau ;
* dans le chapitre 4, les variables d’état et les paramètres (par exemple des niveaux initiaux de réservoirs) décrivant les bassins versants modélisés, nécessaires aux modèles hydrologiques de prévision, acquises le plus souvent en préalable :
** lors de l’élaboration et du calage, ou de la réactualisation, des modèles pour la prévision ou de ceux dont ils sont issus (créés dans le cadre d’autres démarches de réduction des risques d’inondation),
** et à l’initialisation d’une phase de prévision (par exemple pour l’humidité des sols) ;
* dans le chapitre 5, les variables d’état et les paramètres (par exemple les coefficients de rugosité) caractérisant les cours d’eau modélisés, ces données doivent être disponibles pour les divers tronçons de calcul aussi bien dans le réseau hydrographique principal que pour décrire la topographie des zones inondables ; elles sont acquises elles aussi en préalable ou à l’initialisation de la prévision (par exemple, pour établir le débit de base).

==Les trois types de données nécessaires à la prévision des crues et des inondations==

===Les données d’observation ===

Ces données constituent des ressources importantes indépendamment ou en préalable de la modélisation hydrologique ou hydraulique, en général ou pour la modélisation, pour :
* constituer des séries historiques validées, qui sont des bases de travail indispensables pour les personnes chargées des statistiques ou du calage des modèles ;
* aux prévisionnistes, une première vision des évènements en préparation ou en cours et des évolutions à attendre pour la suite de l’évènement.

Elles sont aussi utilisées en temps réel dans les processus de prévision des crues :
* comme données d’entrée :
** des [[Modèle hydrologique (HU)|modèles hydrologiques]] : c’est le cas des données pluviométriques (lames d’eau précipitée ou prévue sur le bassin versant),
** des [[Modèles d'écoulement en réseau et en rivière (HU)|modèles hydrauliques]], en complément des résultats des modèles hydrologiques, ce sont les données hydrométriques (niveaux d’eau et débits, directement mesurés ou déduits des niveaux d’eau) mesurées aux stations situées en amont des tronçons de cours d’eau modélisés :
* comme données de contrôle des résultats :
** des modèles hydrologiques : il s’agit des données hydrométriques mesurées sur les stations situées à l’exutoire des bassins versants élémentaires, qui sont comparées aux résultats de ces modèles pour caler leurs paramètres, ou pour évaluer en cours d’évènement les performances des prévisions antérieures, et dans certains cas les [[Assimilation des données (HU)|assimiler]] aux résultats au modèle (Voir : [[Prévision des crues : les modèles utilisés (HU)|Prévision des crues : les modèles utilisés]]) ;
** des modèles hydrauliques : ce sont les mesures hydrométriques acquises sur les stations installées en aval des tronçons de cours d’eau modélisés, utilisées aussi pour évaluer les performances des prévisions antérieures et dans certains cas leur assimilation.

===Les variables d’état des modèles ===

Ce sont des données mesurables ou évaluables, qui permettent de décrire les principales caractéristiques des bassins versants élémentaires et des cours d’eau du réseau hydrographique principal modélisé.

Elles sont acquises en préalable au processus de modélisation, pour la construction des modèles, ou juste avant le processus de prévision, par exemple :
* pour les modèles hydrologiques, les données décrivant l’humidité initiale des bassins versants au démarrage de l’évènement pluvieux ;
* pour les modèles hydrauliques, les données rendant compte des conditions avant le début de la crue ou pendant celle-ci : débit de base ou modifications survenues dans la géométrie des chenaux d’écoulement (embâcles, rupture de digue, etc.) ;

===Les paramètres des modèles ===

Ces données représentent aussi les caractéristiques des bassins versants ou des tronçons de cours d’eau modélisés, mais elles sont plus éloignées d’une réalité mesurable ou évaluable.

Il faut caler leur valeur puis la valider (Voir : [[Prévision des crues : les modèles utilisés (HU)|Prévision des crues : les modèles utilisés]]) en utilisant des jeux de données d’observation historiques qui ont eux-mêmes été préalablement vérifiés puis validés. Ces paramètres concernent :
* pour les modèles hydrologiques : des données à la fois pluviométriques et hydrométriques ;
* pour les modèles hydrauliques : des données seulement hydrométriques.

== Les données météorologiques nécessaires, essentiellement pluviométriques, ainsi que les prévisions des pluies avec des modèles météorologiques==

Les données nécessaires pour un système de prévision des crues sont de deux types :
* des séries historiques (données continues issues du passé à un pas de temps adapté au modèle visé et à la simulation du phénomène à prévoir) validées, pour l’ajustement des modèles hydrologiques ;
* l’évolution dans le temps et dans l’espace de l’intensité de la pluie déjà précipitée, ainsi que les prévisions de précipitations à venir, pour leur utilisation en temps réel dans les modèles de prévision.

Les données et les prévisions de précipitations sont nécessaires pour augmenter les délais de prévision des débits et niveaux d’eau dans les zones vulnérables aux inondations, par rapport à la seule utilisation des données hydrométriques observées et évaluées plus en amont ; les prévisions de pluie permettent, au prix d’une plus grande incertitude, d’allonger encore ces délais, ce qui est précieux pour gagner en anticipation et prendre les mesures de sauvegarde des personnes et des biens, surtout lorsqu’il s’agit de crues rapides.

Les précipitations ont des caractéristiques différentes suivant qu’elles sont plutôt :
* stratiformes (résultant de la formations de nuages de types "stratus"), dues au soulèvement lent et à grande échelle d’une masse d’air humide qui se condense assez uniformément ; elles génèrent des intensités relativement faibles (moins de 10 mm/h), souvent continues, relativement homogènes spatialement, et pouvant durer longtemps ;
* convectives (résultant de la formation de types "cumulus"), dues à l’élévation rapide de masses d’air humides chargées d’humidité ; elles génèrent des intensités fortes à très fortes, sont hétérogènes spatialement et parfois très localisées, d’une durée de quelques dizaines de minutes à quelques heures, pouvant s’accompagner d’orages, de grêle ou de tornades.

Les précipitations peuvent être composites et combiner ces deux formes-types (voir la fiche [[A.01 - Incertitude ou erreur]]).

La [[Hyétogramme (HU)|distribution temporelle des précipitations]] est une variable majeure, leur [[Répartition spatiale des précipitations (HU)|distribution spatiale]] est une information presque aussi importante, surtout lorsque la pluie est inégalement répartie, et si les caractéristiques du bassin versant modélisé le sont aussi (les deux types de répartition étant liés, voir [[Répartition spatio-temporelle des précipitations (HU)]]).

Un autre paramètre météorologique, essentiel, principalement en zone de montagne (mais pas seulement), est le suivi de la température à 2 m au-dessus de la surface du sol. Il permet de distinguer les précipitations neigeuses ou pluvieuses. Les modèles hydrologiques sont désormais souvent capables de modéliser le stockage, puis la fonte de la neige (Voir : [[Prévision des crues : les modèles utilisés (HU)|Prévision des crues : les modèles utilisés]] et [[GRP (HU)|GRP]]).

Dans cet article, nous ne traiterons assez précisément que des données pluviométriques.

===Les mesures ponctuelles de la pluie au sol===

La pluviométrie est traditionnellement mesurée par des [[Pluviomètre (HU)|pluviomètres]] avec enregistrement et télétransmission des données saisies à pas de temps fin (toutes les 5 minutes, par exemple).

Les appareils le plus utilisés par les principaux utilisateurs pour la prévision (Météo-France, les prévisionnistes des crues, EDF, etc.) sont des appareils à augets basculeurs collectant la pluie tombée dans un cône d’axe vertical dont la base est ouverte vers le haut. On peut aussi utiliser des appareils à pesée, ou par mesure optique, ou par mesure du bruit des gouttes d’eau sur une plaque, etc.

Dans la suite, seuls les appareils à augets basculeurs seront évoqués. La finesse de la mesure sera donnée par le rapport entre la surface de la base de réception de la pluie et le volume recueilli pour lequel l’auget bascule (en général 0,1 à 0,2 mm de hauteur de précipitation). Certains de ces appareils peuvent être équipés d’un chauffage et couplés avec un thermomètre pour mesurer l’équivalent en eau des précipitations neigeuses.

Les erreurs de mesures dues à l’appareillage lui-même restent négligeables, sauf du fait des pertes d’eau quand l’auget bascule en cas de très fortes intensités (pertes estimées à plus de 10% pour une intensité de 200 mm/h).

Ces erreurs sont cependant très sensibles à l’implantation de l’appareil et en particulier à la présence d'obstacles à proximité, surtout en cas de vent, qui génère une sous-captation :
* de l'ordre de 10 % en cas de vent faible sur un emplacement sans obstacle notable (sites de classes 1 et 2) ;
* mais pouvant atteindre 60 % en présence d’obstacles importants (classe 4) pour des vents forts.

Cela nécessite une analyse de la situation d’implantation et une classification environnementale qui permet de juger de la qualité du site et des incertitudes liées à sa configuration (Voir la [https://www.infoclimat.fr/stations/DSO_35B.pdf Note technique 35B de la DSO de Météo France] qui prend en compte la [http://www.wmo.int/pages/prog/www/IMOP/SitingClassif/SitingClassif.html classification adoptée par l’Organisation Météorologique Mondiale (OMM)] ainsi que la [https://www.iso.org/fr/standard/64287.html norme iso 19289:2015].

Les dispositifs d’enregistrement (mécaniques au départ et jusqu’aux années 1980) sont maintenant électroniques, de même que pour les télétransmissions par téléphone ou radio.

Pour en savoir plus : [[B.02 - Pluie : observations de précipitation ponctuelles au sol|Fiche B.02 – Pluie : observations des précipitations ponctuelles au sol]].

===L’évaluation de la lame d’eau précipitée sur un bassin versant (ou ses subdivisions lorsque le modèle est distribué)===

Pour passer de ces mesures de référence à la lame d’eau précipitée sur un bassin versant (voir [[Répartition spatio-temporelle des précipitations (HU)]]), on peut utiliser :
* des méthodes d’interpolation (moyennes pondérées, [[Thiessen (polygones de) (HU)|polygones de Thiessen]], [[Krigeage (HU)|krigeages]] (Voir la Fiche [[B.03 - Estimation d'une pluie de bassin par interpolation de postes pluviométriques|B.03 – Pluie : observation de précipitations ponctuelles au sol]]) ; ces méthodes peuvent être prises en défaut, notamment lorsque la pluie est à teneur convective ;
* des images radar-météorologiques calibrées (Voir la Fiche [[B.04 - Estimation d'une pluie de bassin par observation RADAR|B.04 – Estimation d’une pluie de bassin par observation RADAR]]).

Les images radar-météorologiques constituent une source particulièrement utile pour reproduire la répartition spatiale des précipitations. Encore faut-il pouvoir la quantifier ; c’est l’objet d’efforts importants et constants menés depuis le début des années 1980.

Le principe des images de réflectivité est de traduire la mesure de la puissance rétrodiffusée par les gouttes d’eau précipitée, moyennée sur une durée de 5 mn (pour la lame d’eau [[Panthere (HU)|PANTHERE]]) ou 1h (pour la lame d’eau [[Antilope (HU)|ANTILOPE]]), avec une résolution horizontale de 1 km x 1 km, avec une assez bonne fiabilité d’évaluation des précipitations dans un rayon de l’ordre de 50 km (pour des radars à bande X) à 100 km (pour des radars à bande C ou S) autour du radar émetteur-récepteur, suivant une altitude de la pluie mesurée augmentant avec l’éloignement du pixel atteint par le faisceau émis (du fait de l’inclinaison de quelques degrés du faisceau radar par rapport à l’horizontale et de la rotondité de la Terre).

Le passage des images brutes de réflectivité radar à l’estimation de la répartition spatiale de l’intensité de pluie doit surmonter divers types de sources d’erreurs liées à :
* la réflectivité elle-même (échos de sols et masques, bande brillante autour de l’isotherme 0° C, etc.) ;
* l’atténuation par la pluie traversée par le faisceau radar, lorsqu’elle est intense ;
* les effets liées à la relation entre la réflectivité électromagnétique à une certaine altitude et l’intensité de la pluie au sol, incluant des modifications des gouttes, de leur densité et de leur positionnement géographique, dans leur trajet depuis la zone de détection jusqu’au sol ;
* etc.

La correction, ou plutôt l’atténuation, de ces erreurs passe par :
* des améliorations au niveau du matériel et des traitements de leurs images brutes, qui limitent un certain nombre d’artéfacts, mais ne suffisent pas toujours et ont parfois des effets pervers qu’il faut limiter ;
* des post-traitements de ces images intégrant les mesures au sol permettent de compléter par des ajustements combinant les images de réflectivité améliorées avec les données ponctuelles au sol :
** l’outil [[Calamar (HU)|CALAMAR]], développé par la société RHEA, à la suite d’un programme de recherche mené au CERGRENE (ENPC-ENGREF), a eu un rôle historique important en France pour prouver la faisabilité de l’utilisation de ces images, au profit de l’hydrologie urbaine puis plus générale ;
** les développements propres de Météo-France, notamment les outils [[Panthere (HU)|PANTHERE]] et [[Antilope (HU)|ANTILOPE]], avec une représentation des données par objet météorologiques géo-référencés plutôt que par zones géographiques (''figure 1'') ;
** l’outil [[LAMEDO (HU)|LAMEDO]] développé par le [[Service central d’hydrométéorologie et d’appui à la prévision des inondations / SCHAPI (SCHAPI) (HU)|Service central d’hydrométéorologie et d’appui à la prévision des inondations (SCHAPI)]], de diffusion et de gestion des données observées en temps quasi-réel ou d’archivage, sur une base géomatique robuste.

[[File:prévision des crues _ données_ nécessaires_ Fig-1.jpg|600px|center|thumb|''Figure 1 : Lame d’eau ANTILOPE observée entre le 1er et le 20 novembre 2023 ; Source : support de présentation de la conférence introductive par B. Janet du colloque de la SHF sur la prévision des crues : avancées, valorisation, perspectives, 28-30/11/2023, diapo n°6''.]]

Ainsi, dans le cadre du programme [[ARAMIS (HU)|ARAMIS]] de Météo-France, soutenu par le ministère chargé de l’environnement depuis le début des années 2000, différentes améliorations ont été apportées :
* au niveau des radars eux-mêmes et du traitement de leurs images brutes ;
* au niveau des post-traitements en intégrant ces images de réflectivité améliorées avec les mesures au sol ;
* au niveau de la densité du réseau des radars hydrométéorologiques pour couvrir le territoire national : en 2024, 31 radars de Météo-France et 3 de pays limitrophes (Royaume-Uni, Suisse et Italie) permettent de bien couvrir le territoire métropolitain (Voir Figure 2), auxquels il faut ajouter 7 radars outre-mer (''figure 3'').

[[File:prévision des crues _ données_ nécessaires_ Fig-2.jpg|600px|center|thumb|''Figure 2 : Le réseau de radars de Météo-France en métropole (situation en 2023) ; les cercles des radars en bande S (en rouge) et C (en bleu, en noir pour les radars de pays limitrophes) ont un rayon de mesure de 100 km ; les cercles des radars en bande X (en vert et violet) ont un rayon de mesure de 50 km ; Dpol signifie "en double polarisation" (il s’agit des radars de dernière génération, capables de distinguer les divers types de précipitations) ; Source : [http://pluiesextremes.meteo.fr/france-metropole/Les-radars.html Site Météo-France/ Pluies extrêmes en France métropolitaine/ méthodes/Les radars].'']]

[[File:prévision des crues _ données_ nécessaires_ Fig-3.jpg|600px|center|thumb|''Figure 3 : Le réseau de radars de Météo-France en Outre-mer (situation en 2023) ; Source : [http://pluiesextremes.meteo.fr/france-metropole/Les-radars.html Site Météo-France/ Pluies extrêmes en France métropolitaine/ méthodes/Les radars].'']]

Ce dispositif permet de disposer d’une certaine continuité, avec une fiabilité améliorée, de l’image de la pluie, ce qui marque un progrès majeur pour la prévision des crues (sauf, dans certaines zones non encore couvertes) et pour celle des crues rapides ou soudaines (et a fortiori les crues sur des secteurs urbanisés plus réactifs encore). Ces images et leur mise à disposition présentent deux avantages supplémentaires : elles permettent de visualiser la [[Répartition spatio-temporelle des précipitations (HU)|dynamique spatio-temporelle des pluies]], et facilite ainsi la prévision à court terme ; elles facilitent la communication avec les responsables de l’alerte et des secours, ainsi qu’avec la population via les médias.

Il n’en demeure pas moins que l’incertitude sur les lames d’eau estimées de précipitations sur les bassins versants reste notable pour certains radars, notamment en zones de montagne, en particulier en cas de fortes intensités. Les auteurs de la Fiche [[B.04 - Estimation d'une pluie de bassin par observation RADAR|B.04 – Estimation d’une pluie de bassin par observation RADAR]], publiée au début de 2015, estiment, en se fondant sur l’expérimentation Bassins Versants Numériques Expérimentaux (BVNE) initiée par le SCHAPI, et sur des réanalyses de séries d’évènements par les Services de prévision des crues Seine-Marne-Yonne-Loing et Loire-Cher-Indre, qu’après des progrès sensibles à partir de 2009, cette incertitude est fréquemment de 10% à 20 % (ce qui peut conduire à des incertitudes de 30% à 40 % sur le débit maximal à l’exutoire d’un bassin versant, prévu avec un bon modèle hydrologique). Cela nécessite et justifie, pour pouvoir corriger les données ou réévaluer les résultats de prévision, de maintenir un réseau pluviométrique au sol suffisamment dense.

Par ailleurs, il apparaît possible qu’à moyenne échéance les satellites météorologiques permettent de faire la distinction entre les divers types de nébulosités (nuages de glace ou d’eau, nuages bas ou brouillard, etc.), en donnant des informations assez fiables sur la structure verticale de l’atmosphère et de sa composante en eau. Ceci permettrait d'améliorer, dans une certaine mesure, la prévision et la quantification des pluies. Mais il apparaît qu’il est prématuré d’envisager une exploitation opérationnelle des seules images satellitaires pour évaluer les lames d’eau précipitée.

De plus, dans certaines situations, il est très utile aussi, de connaître les prévisions ou les estimations en temps légèrement différé des valeurs de certaines données complémentaires qui peuvent amplifier les crues :
* la température de l’air (Voir les Fiches [[B.05 - La température de l'air|B.05 – La température de l’air]] et [[B.15 - Prévision de la température de l’air|B.15 – Prévision de la température de l’air]]), bien sûr importante pour alimenter et contrôler les modèles de prévisions météorologiques, mais aussi, en hydrologie, pour :
** situer les limites pluie-neige (Voir les Fiches [[B.06 - Précipitations neigeuses|B.06 – Précipitations neigeuses]] et [[B.16 - Prévision de la limite pluie-neige|B.16 – Prévision de la limite pluie-neige]]),
** évaluer l’[[Evapotranspiration (HU)|évapotranspiration]] (ETP), une partie des [[Perte au ruissellement (HU)|pertes au ruissellement]],
** déterminer les zones touchées par le gel au sol (pendant la pluie ou juste avant) qui limite fortement l’infiltration et augmente les volumes et vitesses de ruissellement ;
* les épaisseurs de neige et leur équivalent en eau, ainsi que les facteurs influant sur sa fonte (vent, température, pluie) (Voir la Fiche [[B.05 - La température de l'air|B.05 – La température de l’air]]) ;

===La prévision des pluies par des modèles météorologiques===

Les données d’observation, directes ou issues d'un traitement, évoquées ci-dessus, doivent être complétées par les prévisions météorologiques. En France, le Service central d’hydrométéorologie et d’appui à la prévision des inondations (SCHAPI) diffuse aux Services de prévision des crues (SPC) les prévisions de précipitations (et de données de contexte) produites par Météo-France. Ces prévisions sont issues de 2 modèles de Météo-France :
* [[Arpège (HU)|ARPEGE]] (Action de Recherche Petite Échelle Grande Échelle) couvre l’ensemble du globe terrestre, avec une maille fluctuante selon les zones géographiques (7.5 km en moyenne pour l'Europe), et une échéance maximale de prévision de 4 jours ; ses prévisions sont mises à jour 2 fois par jour ;
* AROME (''Application of Research to Operations at MEsoscale'') est de la dernière génération de modèles : il a notamment, pour la prévision en France métropolitaine, une maille de calcul très fine (1.3 km x 1.3 km), ce qui permet de mieux appréhender les [[Cellule convective (HU)|phénomènes convectifs]], donnant des pluies intenses et relativement localisés, grâce à l'intégration de nouvelles données d'observation ainsi que de la topographie, des zones urbaines, des cours d'eau, de la végétation, etc. ; son échéance maximale de prévision est limitée à 36 heures ; le modèle AROME est exécuté quatre fois par jour.

Pour les prévisions à court terme, concernant les pluies intenses sur les bassins versants les plus réactifs, les données produites et transmises par Météo-France proviennent également de deux autres produits (Bouttier ''et al.'', 2022) :
* PIAF (Prévision Immédiate Agrégée Fusionnée), fournit une prévision toutes les 5 minutes, par extrapolation des images radars météorologiques, utile pour les quelques dizaines de minutes à venir ;
* AROME PI (Prévision Immédiate), précise les prévisions du modèle AROME par assimilation des dernières données observées, pour des échéances un peu plus lointaines pour lesquelles il peut être plus fiable, car il repose sur une physique assez précise permettant de mieux anticiper sur les variations de trajectoire et de dynamique des [[Cellule pluvieuse (HU)|cellules pluvieuses]].

Le SCHAPI diffuse également, pour la moyenne échéance, les prévisions du Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (CEPMMT), dont les prévisions vont jusqu'à 10 jours en 2024, en visant 2 semaines en 2030 et sont produites deux fois par jour. Ces prévisions intègrent, progressivement, depuis 2022, des fonctions d’intelligence artificielle (Gapany, 2022), (Mainguet, 2024), qui commencent à apporter des améliorations significatives concernant les champs de température, de vents ou de pression atmosphérique. Mais pas encore pour les précipitations.

Toutes ces prévisions sont mises à disposition en utilisant des services web cartographiques. Elles sont complétées dans les SPC Loire-Allier-Cher-Indre et Alpes du Nord, par la mise en œuvre de la méthode des analogues climatiques (Horton, 2017), avec la suite logicielle AtmoSwing, étendue au niveau national (présentation accessible via le lien https://www.terranum.ch/produits/atmoswing/) et aussi par les prévisions de services météorologiques de pays riverains, pour des SPC frontaliers, ou des services spécialisés, par exemple MétéOrage, accessible par le lien https://www.meteorage.com/fr, ou Keraunos, observatoire des tornades et orages violents, accessible par le lien https://www.keraunos.org/.

[[File:prévision des crues _ données_ nécessaires_ Fig-4.jpg|600px|center|thumb|''Figure 4 : Prévision des précipitation pour l’heure à venir le 29/11/2023 issue du modèle AROME ; Source : support de présentation de la conférence introductive par B. Janet du colloque de la SHF sur la prévision des crues : avancées, valorisation, perspectives, 28-30/11/2023, diapo n° 9.'']]

Pour en savoir plus : Fiches [[B.13 - Prévisions numériques de précipitation|B.13 – Prévisions numériques de précipitation]] et [[B.14 - Prévisions météorologiques – Méthode des analogues hydrométéorologiques|B.14 – Prévision météorologiques – Méthode des analogues hydrométéorologiques]].

==Les données hydrométriques (concernant les niveaux d’eau et les débits) nécessaires==

===Débit et hauteur d’eau dans un cours d’eau, emplacements des stations de mesure===

Rappelons, pour commencer, que :
* les lames d’eau précipitées sur un bassin versant sont transformées en débit à leur exutoire ;
* la propagation des ondes de crues et leur composition aux confluences s’expriment en évolution temporelle des débits (hydrogramme) et des niveaux d’eau (limnigrammes).

La variable hydrologique et hydraulique de calcul des écoulements est le débit. La hauteur d’eau, dans un cours d’eau, beaucoup plus facilement mesurable, est directement rattachée à ce débit, mais pas de façon univoque.

L’évaluation directe du débit des [[Ecoulement à surface libre (HU)|écoulements à surface libre]] est difficile (voir [[Débit (HU)]]). Pendant longtemps elle a été effectuée en mesurant ponctuellement dans le temps, la vitesse de l’eau en surface, avec des flotteurs puis en assimilant cette vitesse à la [[Vitesse d'un écoulement (HU)|vitesse moyenne de l'écoulement]]. Le débit pouvait alors être assez grossièrement approché en multipliant cette vitesse par la [[Section mouillée (HU)|section mouillée]] au même instant, laquelle était évaluée grâce à des relevés antérieurs de la section transversale du lit de la rivière au point de mesure en fonction du niveau d’eau.

Pour améliorer la précision, et c’est encore largement d’actualité (Voir [[Débitmétrie (HU)|Débitmétrie]]), deux approches sont possibles :
* améliorer la connaissance de la relation entre la hauteur d'eau et le débit grâce à des opérations cumulées de [[Jaugeage (HU)|jaugeage]] (Voir le § "L’élaboration des courbes de tarage") ;
* utiliser des dispositifs permettant la mesure simultanée et automatisée de la hauteur d'eau et de la vitesse de l’eau en surface, ou encore de la mesure de la pente de la [[Ligne d'eau (HU)|ligne d’eau]] (sur les tronçons sans singularité hydraulique marquée) (Voir § "La mesure directe du débit et d’autres méthodes pour le calculer".).

Un système de prévision des crues nécessite donc un réseau de stations de mesures où sont :
* relevées en continu des données limnimétriques (concernant les niveaux d’eau) et sur lesquelles ont été préalablement menées des opérations de tarage consolidant la relation "hauteur d’eau – débit" ;
* mesurées, dans certains cas et autant que possible, des données débitmétriques (concernant les débits).

Ces données sont utilisées :
* en temps quasi-réel, pour suivre l'évolution de la crue, contrôler les résultats des modèles hydrologiques et hydrauliques, procéder au cycle suivant de prévision,
* au préalable, à partir de séries historiques de données critiquées puis validées (Voir la page Hydroportail), pour élaborer les modèles à mettre en œuvre puis caler leurs paramètres.

Les choix d'implantation des stations de mesure hydrométriques sont tout d'abord effectués avec l'objectif de bien comprendre et représenter le processus de formation des ondes de crues. Pour ceci, on privilégie leur installation :
* à l’aval des bassins versants modélisés, de façon à pouvoir caler au mieux les modèles hydrologiques utilisés et ensuite prévoir au mieux les apports de ces bassins ; l'idéal est de positionner ces stations le plus près possible des confluences qui en marquent souvent la limite aval ;
* en différents points situés à l'amont et à l'aval des confluences, sur le cours d’eau principal et l’affluent (ou les affluents en cas de confluence multiple), et au plus près de celles-ci ; le rôle de ces stations est de permettre :
** de cerner au mieux la composition des apports de chacune des branches et en particulier d'évaluer les risques de concomitances des pointes de débit,
** de boucler au mieux le bilan volumique et de contrôler la cohérence des mesures ;
* au niveau de changements notables de configuration hydraulique des cours d’eau (ruptures de pente, changement de sections transversales du lit mineur ou majeur, rugosité des lits, etc.) ; l'objectif est de mieux cerner les mécanismes de propagation des crues et de mieux caler les modèles hydrauliques sur les tronçons de cours d’eau situés entre ces changements ;
* à l’amont et à l’aval de retenues d’eau, avec l'objectif de mieux maîtriser leur rôle d’amortissement des pointes de crues et de soutien ou non des débits en décrue lors de leur vidange ;
* au niveau, ou juste en amont, des zones inondables les plus vulnérables, pour y constituer des points de prévision efficaces ;

Le sites d'implantation doivent également être choisis de façon à assurer la qualité et la sécurité des mesures. Les deux contraintes principales de ce type en compte sont les suivantes :
* choisir des sections de cours d’eau aussi peu perturbées que possible sur le plan hydraulique (ou bénéficiant de contrôles hydrauliques), y compris en crue, de façon à pouvoir transformer les niveaux d’eau en débits via une courbe de tarage suffisamment fiable et stable ;
* choisir des sites assez faciles d’accès, y compris en crue, assez peu sensibles au vandalisme, bénéficiant d’une alimentation électrique et de télétransmissions aptes à résister aux conditions d’évènements météorologiques et hydrologiques exceptionnels, tout en restant économiquement soutenables.

Pour en savoir plus : [https://www.ecologie.gouv.fr/sites/default/files/201701_Schapi_Charte_hydro_P01-84_BDcliquable.pdf Charte qualité de l’hydrométrie, Guide des bonnes pratiques (Ministère chargé de l’Environnement, 2017)].

===Les mesures de hauteurs d’eau (ou niveau d’eau)===

Le niveau d’eau a été relevé depuis longtemps sur des échelles graduées installées aux points-clés du réseau hydrographique, régulièrement relevées, du moins lors des fortes crues (et des inondations à craindre) ou des étiages prononcés (interrompant la navigation ou limitant les prélèvements) et parfois sur des repères historiques (''figure 5'').

[[File:zouave_pont_alma_pelicer.jpg|600px|center|thumb|''Figure 5 : La statue du zouave du pont de l'Alma constitue depuis longtemps un repère pour les crues de la Seine à Paris ; Source : Collection carte postale Antoine Pelicer.'']]

Les appareils de mesure ont beaucoup évolué, de même que :
* les dispositifs qui complètent les capteurs pour constituer les stations de mesure limnimétriques, en particulier pour enregistrer et télétransmettre les mesures vers les centres de prévision (''figure 6'') ;
* les méthodes et moyens de contrôle, d’archivage et de mise à disposition des données (Voir l'article [[Hydroportail (HU)|Hydroportail]]).

Les appareils (ou capteurs) de mesure proprement dits sont très variés : codeurs à flotteurs, sondes de pression de l’eau, capteurs "bulle à bulle" (mesurant aussi cette pression), sondes à ultra-sons, immergées ou hors d’eau, repérant leur distance verticale à l’interface entre l’air et l’eau (sa surface), radars hors d’eau ayant la même fonction, etc.

[[File:prévision des crues _ données_ nécessaires_ Fig-5.jpg|400px|center|thumb|''Figure 6 : Station hydrométrique sur la Meuse à Stenay : la batterie d’échelles limnimétriques permet de lire les niveaux d’eau pour les débits faibles ou moyens, en étant complétée par des échelles déportées (non visible sur la photo) accessibles en fortes crues ; un escalier maçonné permet un accès facile et sûr pour les jaugeages et le nettoyage des échelles ; les échelles sont complétées par une mesure automatique du niveau dans un tube protégé ; le coffret de la station relié par câble enterré est hors d’eau, à environ 100 m (non visible sur la photo) ; Source : [https://www.ecologie.gouv.fr/sites/default/files/201701_Schapi_Charte_hydro_P01-84_BDcliquable.pdf Ministère chargé de l’Environnement (2017)], p. 17.'']]

Les stations de mesure limnimétrique doivent aussi être équipées de systèmes de traitement et d’enregistrement local des données, ainsi que de télétransmission vers les centres de prévision (par téléphone, radio, satellite, etc.) à une périodicité infra-horaire ou horaire suivant la rapidité des variations hydrologiques (''figure 7'').

[[File:prévision des crues _ données_ nécessaires_ Fig-6.jpg|800px|center|thumb|''Figure 7 : Coffret de la station hydrométrique de Fresse-sur-Moselle : à gauche, la station télétransmise est autonome grâce à un capteur solaire et une batterie, située sur un pont, elle est hors d'eau en crue et toujours accessible ; à droite, l’intérieur d’une station connectée au réseau électrique, avec la centrale d’acquisition (CPL), le modem, la batterie de secours et le ré-enclencheur qui permet d’éviter un déplacement en cas de surtension ponctuelle ; Source : [https://www.ecologie.gouv.fr/sites/default/files/201701_Schapi_Charte_hydro_P01-84_BDcliquable.pdf Ministère chargé de l’Environnement (2017)], p. 19.'']]

Début 2024, le réseau hydrométrique national est constitué de plus de 3 000 stations automatisées, dont plus de 2 100 bénéficient d’une collecte en temps réel. Les données reçues et celles issues de leur post-traitement sont consultables par tous sur l’HydroPortail, via le lien : https://hydro.eaufrance.fr/ (''figure 8'').

[[File:prévision des crues _ données_ nécessaires_ Fig-7.jpg|600px|center|thumb|''Figure 8 : Distribution géographique en France métropolitaine des 3 000 stations hydrométriques avec enregistrement automatisé des mesures, dont 2 100 bénéficient d’une collecte des données en temps réel ; Source : support de présentation de la conférence introductive par B. Janet du colloque de la SHF sur la prévision des crues : avancées, valorisation, perspectives, 28-30/11/2023 , diapo n° 21.'']]

La finesse du réseau d’observation hydrométrique est à ajuster en fonction des enjeux d’inondation et de la nécessité de cerner les hétérogénéités du système hydrologique (Cf. § "Les données nécessaires de la page Prévision des crues et des inondations : vue globale" et la fin du § "Débit et hauteur d’eau dans un cours d’eau, emplacements des stations de mesure"), tout en restant assez homogène pour faire face à la diversité des situations hydrologiques (OMM, 2011). Les stations hydrométriques doivent présenter notamment les qualités suivantes :
* robustesse : leur implantation et chacun des composants doit pouvoir résister aux conditions d’évènements hydrologiques exceptionnels, et ceci en restant économiquement soutenable ;
* redondance maîtrisée : le dispositif doit être capable de faire face aux défaillances les plus probables ou les moins évitables, mais sans trop complexifier la gestion des données et des réseaux de transmission ;
* maintenabilité : Il faut disposer d'équipes mobiles mobilisables pour les opérations d’hydrométrie (jaugeages en crue) et de maintenance des appareillages de mesure, et de concentration/traitement local de données ou de télétransmission.

Autant que possible, le système automatique doit être supervisé et complété par des personnes relais pour l’observation des stations et de leur contexte hydrologique. En signalant, en temps réel, ou très rapidement, les évènements particuliers (embâcles et débâcles, ruptures de digue, etc.) et en donnant des indications quantifiées (niveaux et vitesse de l’eau, enjeux particuliers touchés, etc.), via des communications téléphoniques ou des réseaux sociaux (éventuellement en associant textes, photos et vidéos), elles permettront de réduire sensiblement les principales sources d’erreurs pouvant affecter les mesures de niveau d’eau (Voir la Fiche B.08 – Mesure de la hauteur d’eau).

Des perspectives s’ouvrent pour l’acquisition d’autres données hydrauliques permettant de recouper ou consolider le calcul des débits avec :
* l’évaluation de la pente de la ligne d’eau suivant l’axe principal d’écoulement, paramètre majeur, grâce aux observations du niveau et des pentes de lignes d’eau des cours d’eau
** par le satellite franco-américain SWOT (Surface Water and Ocean Topography) - Voir https://swot.cnes.fr/ et https://fr.wikipedia.org/wiki/Surface_Water_Ocean_Topography -, concernant des cours d’eau de plus de 50 m de large, ou ses successeurs, à condition que le rythme d’échantillonnage temporel (aujourd’hui un passage nominal tous les 21 jours) puisse être fortement accéléré,
** ou par des LIDAR aéroportés, par drone par exemple, beaucoup plus souples pour viser les moments les plus favorables,
* et, peut-être, le relevé, par LIDAR aéroportés aussi, du fond (et donc de la pente) du lit, ainsi que transversalement, au droit des stations de mesure lors des forts débits, alors que le transport solide est très actif.

===L’élaboration des courbes de tarage===

La courbe de tarage, qui permet d’établir une relation entre le niveau d’eau et le débit (et réciproquement) au droit d’une station de mesure limnimétrique, est en général établie sur la base de résultats de [[Jaugeage (HU)|jaugeages]] (mesures directes de hauteur d'eau et de débit, ponctuellement dans le temps). Ces derniers doivent correspondre des gammes de couples "hauteur d’eau – débit", en étiage, en moyennes eaux et lors des crues, ce qui est le plus difficile mais essentiel pour la prévision des crues. Le nombre de ces jaugeages reste souvent insuffisant et inégalement réparti sur la courbe de tarage, qui ne peut donc pas être construite de façon seulement expérimentale : il faut donc procéder (Voir la Fiche [[B.09 - Incertitudes de la courbe de tarag |B.09 - Incertitudes de la courbe de tarag]]e) à des méthodes :
* d’interpolation, pour la partie de la courbe de tarage encadrée par les jaugeages existants, en s’assurant que ceux-ci correspondent bien à la configuration actuelle de la section d’écoulement et en minimisant les écarts entre la courbe et les résultats de jaugeages affectés des incertitudes les concernant (Voir ''Figure 9'') ;
* d’extrapolation, pour les parties de la courbe de tarage au-delà des jaugeages réalisés (en général au-dessus du plus haut de ces jaugeage), et, selon les cas, en s’appuyant sur diverse méthodes :
** logarithmiques ;
** formules d’écoulement (par exemple [[Manning-Strickler (formule de) (HU)|Manning-Strickler]], pour un écoulement considéré comme permanent (ne variant pas trop dans le temps) et uniforme (géométrie, pente de la ligne d’eau restant à peu près parallèle à celle du fond du lit, rugosité du lit régulière ;
** extrapolation en fonction du niveau d’eau des 2 grandeurs dont le produit donne le débit :
* la section mouillée découlant du relevé géométrique de la section d’écoulement
* la vitesse moyenne dans cette section, dans la continuité de la courbe "hauteur d’eau -vitesse moyenne" établie lors des jaugeages en la prolongeant suivant des valeurs repères données pour les divers types de rivières et la pente, ou calculée suivant des évaluations de la pente de la ligne d’eau, ou celle du fond du lit, et la connaissance du rayon hydraulique, découlant, comme la surface mouillée, des relevés de la section d’écoulement (''figure 10'').

Cette méthode est proche de celle utilisée pour la reconstitution des débits de pointe de crues en l’absence de stations de mesure (Lebouc, 2019), mise au point progressivement depuis 2004 (Voir bibliographie dans la référence citée) par Eric Gaume et ses partenaires, dans le cadre de plusieurs programmes de recherche européens ou nationaux.

[[File:prévision des crues _ données_ nécessaires_ Fig-8.jpg|800px|center|thumb|''Figure 9 : Courbe de tarage de l’Ain à Chazey montrant une interpolation visualisée avec le logiciel BAREME, en prenant en compte des incertitudes différentiées suivant les divers jaugeage ; Source : [[B.09 - Incertitudes de la courbe de tarage|Fiche B.09 - Incertitudes de la courbe de tarage]].'']]

[[File:prévision des crues _ données_ nécessaires_ Fig-9.jpg|800px|center|thumb|''Figure 10 : Courbe de tarage du Gier à Rive-de-Gier montrant une extrapolation supérieure visualisée avec le logiciel BAREME, en utilisant la méthode d’extrapolation de la surface mouillée et de la vitesse moyenne ; Source : [[B.09 - Incertitudes de la courbe de tarage|Fiche B.09 - Incertitudes de la courbe de tarage]].'']]

===La mesure directe du débit et d’autres méthodes pour le calculer===

Des méthodes se développent pour mesurer directement la vitesse de l’eau :
* depuis les années 1990, par suite de l’expérience acquise en hydrologie urbaine au cours des années 1980, par des mesures par [[Sonde à ultrason (HU)|ultrasons]] suivant plusieurs cordes horizontales de la section mouillée,
* depuis les années 2000 et 2010, par des évaluations de la vitesse à la surface de l’eau, par des appareils radar à demeure ou portatifs, ou bien par des traitements d’images de capteurs vidéos, les deux méthodes présentant l’avantage d’être moins coûteuses en installation et moins fragiles ou perturbables que les premières citées. Il est à remarquer que la valeur de la vitesse en surface se rapproche de celle de la vitesse moyenne dans la section d’écoulement, lorsque celles-ci sont assez fortes (plus de 2 m/s), ce qui diminue l’incertitude sur l’évaluation du débit pour les périodes de crue.

IL faut noter cependant qu’il peut se produire des "dé-tarages" (Voir la Fiche [[B.10 - Détarage en cours d’événement : incertitudes induites selon les types de cours d’eau|B.10 – Détarage en cours d’évènement : incertitudes induites selon le type de cours d’eau]]), par suite :
* de curages de cours d’eau, pas toujours signalés ;
* des transits sédimentaires importants par charriage, pour ces vitesses assez fortes à très fortes, se manifestant par un creusement du lit pendant la crue, parfois difficilement détectable (sauf par une mesure Doppler par ADCP en cours de crue) même après la crue car il y a souvent re-comblement pendant la phase de décrue.

==Les données sur les bassins versants modélisés, nécessaires aux modèles hydrologiques de prévision, et acquises en préalable de l’élaboration des modèles de prévision ou de ceux dont ils sont issus==

Les modèles hydrologiques de transformation pluie-débit ont besoin d'une description des bassins versants situés à l'amont du point où l'on veut prévoir la crue. Les données nécessaires dépendent de la sobriété ou de la parcimonie (exigence d’un nombre réduit de données d’état ou de paramètres) du modèle hydrologique utilisé ou de la précision descriptive qui lui est nécessaire. Les données d’état de base sont généralement les suivantes :
* Données topographiques : géométrie du bassin, notamment surface, relief et pente moyennée des bassins versants. Ces données peuvent être déterminées après délimitation du contour du bassin versant, à partir de modèles numériques de terrain (ou d’élévation). De tels modèles peuvent être obtenus auprès d’organismes nationaux (en France, l’Institut géographique national / IGN) ou internationaux, à diverses définitions d’échelles horizontales et verticales.
* Caractéristiques du sol et du sous-sol : en particulier données relatives à sa capacité d’infiltration ainsi, éventuellement, qu’aux écoulements dans le sol et le sous-sol. Ces données peuvent être évaluées à partir de cartes pédologiques (élaborées par l’Institut national de la recherche agronomique et environnementale - INRAE - sur une bonne partie du territoire national, mais diffusées par des circuits différents suivant les régions) et de cartes géologiques (diffusées par le BRGM).
* Données liées au climat et à la couverture végétale : en particulier évapotranspiration potentielle (ETP).
* Données dépendant à la fois du bassin versant et de la météorologie des jours ou semaines précédentes : en particulier taux d’humidité (ou saturation) du sol, qui sont évaluables à partir des antécédents pluviométriques, ou de modélisations (par exemple avec le module ISBA -(Interactions sol-biosphère-atmosphère) de la chaîne SAFRAN-ISBA-MODCOU - SIM - (Soubeyroux ''et al''., 2008) mise en œuvre par Météo-France) ou directement par observation satellitaire.

[[File:prévision des crues _ données_ nécessaires_ Fig-10.jpg.png|600px|center|thumb|''Figure 11 : Carte des classes d’humidité des sols début novembre 2023 ; Source : support de présentation de la conférence introductive par B. Janet du colloque de la SHF sur la prévision des crues : avancées, valorisation, perspectives, 28-30/11/2023, diapo n° 20'']]

S’y ajoutent des paramètres spécifiques aux modèles, notamment ceux à base physique (évaluation des coefficients de frottement en surface des bassins versants, par exemple), mais aussi plus conceptuels, comme ceux des modèles à réservoir, comme dans GRP les niveaux initiaux des réservoirs.

== Les données sur les caractéristiques des cours d’eau du réseau hydrographique principal modélisé et de la topographie des zones inondables, acquises aussi en préalable à l’utilisation en temps réel==

Il est également nécessaire de disposer d'une description du réseau hydrographique principal de façon à pouvoir modéliser la propagation des ondes de crue. Cette description doit être plus précise dans les zones à enjeux si l'on veut être capable de définir les zones qui risquent d'être inondées. De façon pratique, après une décomposition du cours d’eau en tronçons de calcul ayant des caractéristiques homogènes :
* les variables d’état nécessaires à acquérir sont les suivantes :
** concernant la géométrie du lit mineur et des chenaux d’écoulement en zone inondable, la longueur du tronçon de calcul, la géométrie des sections transversales des lits (mineur, moyen et majeur) du cours d’eau , la pente moyenne du fond du lit ;
** concernant la géométrie de la partie des zones inondables à faibles écoulements, deux options sont possibles :
*** la plus simple consiste à prolonger les profils en travers aux extrémités des tronçons de calcul, décrivant les sections du lit jusqu’au pied des coteaux ou plateaux délimitant la plaine, de façon à décrire également les lits moyen et majeur qui constituent la zone inondable. Ceci impose souvent de diminuer la longueur des tronçons de façon à rapprocher les profils en travers,
*** la plus courante désormais, dès lors que les enjeux d’inondation sont importants, consiste à établir un modèle numérique de terrain. Ceci peut se faire à partir de relevés topographiques classiques ou par imagerie aérienne (LIDAR). L’objectif est d’atteindre une précision altimétrique de l’ordre de 10 à 20 cm, de façon à bien cerner les reliefs dans une large majorité de cas. Il est à noter qu’en complément, l’observation photographique des niveaux de la surface de l’eau des zones inondées aussi près que possible du moment de l’inondation maximale (Raclot, 2003) apporte une information complémentaire essentielle. Il faut noter que pour beaucoup de zones inondables françaises des relevés LIDAR du terrain ont été faits sous maîtrise d’œuvre de l’Institut géographique national (IGN) pour le compte du ministère chargé de l’environnement, à partir du début des années 2010 Ces relevés visaient aussi à renforcer la connaissance des risques, dans le cadre de l’application de la Directive sur l’évaluation et la gestion des risques d’inondation, et aussi à objectiver la réalité altimétrique des terrains en zone inondable, sujet à querelles récurrentes pour la cartographie des Plans de prévention des risques d’inondation ;
** un recensement et une description géométrique et hydraulique des singularités hydrauliques (seuils, barrages, biefs secondaires, etc.), susceptibles de modifier assez significativement l'écoulement ;
* les paramètres qui caractérisent la rugosité des lits mineur, moyen et majeur, et intègrent aussi les diverses singularités évoquées ci-dessus qui peuvent perturber l’écoulement ; ces coefficients " de rugosité" des diverses catégories de lits, s’apparentent à des variables d’état, dans la mesure où elles rendent compte pour l’essentiel d’une grandeur évaluable, la rugosité, qui peut être mise en relation avec la dimension des aspérités, mais ce sont les principales variables du calage des modèles hydrauliques permettant de rendre compte d’une réalité plus complexe.

Bibliographie :
* Bechon, P.-M., Le Coz, J., Leleu, I., Renard, B. (2013) : Des outils du réseau Etat en hydrométrie et leur ouverture aux notions d'incertitude ; numéro thématique des 35èmes journées de l’hydraulique de la Société Hydrotechnique de France. Hydrométrie 2013. Paris, 15-16 mai 2013 ; p. 1-7 ; disponible sur https://www.persee.fr/doc/jhydr_0000-0001_2013_act_35_1_1311
* Bouttier, F., Marchal, H. Fleury, A., Lovat, A., Walcarius, K., War, A. (2022) : Restitution du programme de recherche PICS, 18 mai 2022 à Aix-en-Provence ; 18/05/2022 ; disponible sur https://www.cerema.fr/system/files/documents/2022/05/20220518_11h00_bouttier-restitutionpics.pdf
* Horton, P. (2017) : Améliorations et optimisation globale de la méthode des analogues pour la prévision statistique des précipitations : développement d’un outil de prévision et application opérationnelle au bassin du Rhône à l’amont du Léman ; thèse en Hydrologie à l’Université de Lausanne / Faculté des géosciences et de l’Environnement / Centre de recherche en environnement terrestre ; 298 p. + Annexes ; 2017 ; disponible sur https://theses.hal.science/tel-01441762v1/document
* Lebouc, L., Payrastre, O., Bourgin, F. (2019) : Reconstitution des débits de pointe des crues du 15 octobre 2018 dans le bassin de l’Aude, Convention DGPR – Ifsttar2018 – Action 7 appui au SCHAPI, Rapport de recherche, 14 p. ; disponible sur https://hal.science/hal-02110612
* Gapany, P. (2022) : La modélisation numérique globale au cœur des prévisions du CEPMMT ; MéteoSuisse-blog ; traduction de l'article du blog du CEPMMT dont voici l'adresse originelle : https://www.ecmwf.int/en/about/media-centre/focus/2022/global-numerical-modelling-heart-ecmwfs-forecasts, disponible sur https://www.meteosuisse.admin.ch/portrait/meteosuisse-blog/fr/2022/9/la-modelisation-num-rique-globale-au-cour-des-pr-visions-du-cepmmt.html
* Ministère chargé de l’Environnement (2017) : Charte qualité de l’hydrométrie, Guide de bonnes pratiques, janvier 2017, 82 p. ; disponible sur https://www.eaufrance.fr/sites/default/files/documents/pdf/Schapi_Charte_hydro_P01-84_BasseDefinition_5Mo_.pdf
* Soubeyroux, J.-M., Martin, E., Franchisteguy, L., Habets, F., Noilhan, J., Baillon, M., Regimbeau, F., Vidal, J.-P., Le Moigne, P., Morel, S. (2008) : Safran-Isba-Modcou (SIM) : Un outil pour le suivi hydrométéorologique opérationnel et les études ; La météorologie n° 63, nov. 2008, p. 40-45 ; disponible sur https://meteofrance.hal.science/meteo-00350048v1/document
* Sébastien Mainguet (2024) : Météo : avec l’intelligence artificielle (IA), une nouvelle ère ? ; Voiles et voiliers 10/03/2024 ; disponible sur https://voilesetvoiliers.ouest-france.fr/meteo/meteo-avec-lintelligence-artificielle-la-prevision-entre-t-elle-dans-une-nouvelle-ere-d8e93bb8-da01-11ee-99ae-ccd25b6a9d42

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
[[Catégorie:Prévision_du_risque_de_crue_et_d'inondation_(HU)]]
Prévision des crues : son historique en France (HU)
Bernard Chocat :

[[File:logo_eurydice.jpg|80px]][[File:Logo OFB_soutien financier.png|120px]]

''Traduction anglaise : Flood forecasting : its history in France''

Dernière mise à jour : 30/05/2024

''article en chantier''

Cet article présente un historique des différents dispositifs mis en place par l’État depuis 1840 pour prévoir les risques de crue de cours d'eau et d'inondations associées ; il est largement inspiré de Bachoc (2020).

Avertissement : Cet article, ainsi que ceux auxquels il renvoie ci-dessous, est spécifiquement centré sur la prévision, en France, des crues et des débordements des cours d’eau aujourd’hui pris en charge par le [[Vigicrues / réseau (HU)|réseau]] et le [[Vigicrues / procedure (HU)|système Vigicrues]]. Cette prévision s’appuie notamment sur les données météorologiques produites par [[Météo-France (HU)|Météo-France]], et les données hydrométriques produite par le réseau [[HydroPortail (HU)|HydroPortail]]. D'autres dispositifs de prévision et d'alerte existent, en particulier :
* Prévision de hautes eaux marines produites par le [[SHOM (HU)|SHOM]] et Météo-France ;
* Prévision de crues de cours d’eau plus locaux, assurées par des [[Etablissement Public Territorial de Bassin / EPTB (HU)|Établissements publics territoriaux de bassins]] ou des collectivités territoriales assumant la [[GEMAPI (HU)|compétence GEMAPI]] ou la gestion des systèmes d’assainissement pluvial, en liaison ou non avec des cours d’eau sur leur territoire ;
* Détection des risques d’inondation, par des organismes comme [[Predict service (HU)|PREDICT]] ou [[Météorage (HU)|Météorage]], et/ou aide des maires à la préparation et à la gestion des crises, comme, PREDICT.

Cet article a bénéficié de la relecture et des contributions de Nicolas Cavard ([[Service de prévision des crues (HU)|SPC]] Loire-Allier-Cher-Indre) et de Jean-Pedro Silva (SPC Seine-Marne-Yonne-Loing).

==L'essentiel==

===De 1840 à 1914, le temps des pionniers===

Les premiers pas scientifiques et techniques font suite aux très fortes crues de novembre 1840, puis d’octobre 1856, sur la Loire, le Rhône, la Garonne et la Seine, puis la Meuse et d’autres ensuite. Ils sot faits conjointement à la création des services spéciaux chargés des études relatives aux inondations. Les travaux scientifiques et techniques se développent dès le milieu des années 1850. Les méthodes connaissent des réussites et sont progressivement perfectionnées et étendues à de nombreux cours d’eau français. La crue de la Seine de l'hiver 1910 constitue pour le dispositif d’annonce des crues un test sévère. Le rapport de la commission technique chargée d’analyser les améliorations à apporter à la prévision des crues formule douze propositions hiérarchisées, qui apparaissent, avec le recul historique, d’une remarquable modernité, sur les plans technique et organisationnel.

===De 1914 à 1984, une stagnation des services rendus, mais un net progrès des connaissances et une maturation des outils===

Le beau programme de 1910 ne va guère se concrétiser. La guerre de 1914-1918 constitue le premier point d'arrêt, puis des regroupements de services sont effectués, en intégrant de nouvelles missions plus prestigieuses alors, comme l’hydro-électricité, qui seront privilégiées.

Le XXème siècle voit cependant des avancées scientifiques et techniques importantes dans les domaines de la géographie, de la transformation pluie-débit, de l’hydrologie statistique, des relations avec la météorologie et de la propagation des ondes de crues.

===Depuis 1984, un mouvement de modernisation, de structuration, de renforcement et d’élargissement des services rendus===

Au début des années 1980, une série de crues aux conséquences dramatiques touche la France. En réaction, deux [https://www.legifrance.gouv.fr/loda/article_lc/LEGIARTI000006864061/2006-07-04 arrêtés ministériels sont publiés le 27 février 1984], pour préciser et compléter les missions et l’organisation de l’annonce des crues. Simultanément, des avancées scientifiques et techniques, fondatrices pour la suite, se poursuivent, sur :
* l’évaluation des intensités et la localisation des précipitations pluvieuses en utilisant les images des [[Radar météorologique (HU)|radars météorologiques]] ;
* la consolidation des méthodes de prévision hydrologique et hydraulique ;
* l’accélération des recherches en modélisation hydrologique en temps réel ;
* la création de premières plates-formes de modélisation hydrologique et hydraulique ;
* les méthodes mises en œuvre dans des unités d’hydrométrie, des Services d’Annonce des Crues (SAC) et des DIREN coordonnatrices de bassin.

Très vite après une nouvelle série de crues, de 1999 à 2002, encore plus catastrophiques que celles des années 1980, la [https://www.bulletin-officiel.developpement-durable.gouv.fr/notice?id=Bulletinofficiel-0001890&reqId=5d922baa-2064-4568-b44d-ad011b6051cc&pos=1 circulaire ministérielle du 1er octobre 2002], puis la [https://www.legifrance.gouv.fr/loda/id/JORFTEXT000000604335 loi sur les risques technologiques et naturels du 30 juillet 2003] restructurent profondément le réseau pour la prévision des crues et l’hydrométrie, avec la création du [[Service central d’hydrométéorologie et d’appui à la prévision des inondations / SCHAPI (SCHAPI) (HU)|Service central d’hydrométéorologie et d’appui à la prévision des crues (SCHAPI)]] et de 22 [[Service de prévision des crues (HU)|Services de Prévision des Crues]] (SPC). Ces derniers sont mis en place entre 2003 et 2007 ; ils regroupent et remplacent les 52 SAC existant auparavant.

Une nouvelle évolution s’avère nécessaire suite à deux nouvelles inondations dramatiques : les 14 et 15 juin 2010 à Draguignan et alentour, et le 27 février 2010, lors de la tempête Xynthia. Le [https://www.ecologie.gouv.fr/sites/default/files/Le_plan_submersion_rapide.pdf Plan national sur les submersions rapides] (y compris d’origine marine) est adopté interministériellement en février 2011, avec un important volet "prévision" qui définit plusieurs orientations nouvelles :
* nouvelle densification des SPC afin qu’ils atteignent une masse critique correspondant aux renforcements des tâches ;
* mise en place de relais locaux assurés par les Directions départementales des territoires (et de la mer) -DDT(M)-, en tant que référents départementaux pour l’appui technique à la préparation et à la gestion technique des crises d’inondation.

Le dispositif est complété par la mise en place progressive, à partir de 2012, dans les Départements d’outre-mer et en Corse, de Cellules de Veille Hydrologique (CVH) dont les missions sont ciblées sur des enjeux plus localisés, mais souvent importants.

Au cours des années suivantes, les évolutions prévues par le Plan national sur les submersions marines et d’autres, préparées aussi depuis assez longtemps, se poursuivent, avec notamment :
* la mise en place opérationnelle, à partir de 2017, du nouveau service [[Vigicrue flash (HU)|Vigicrues Flash]], d’avertissement sur le risque de [[Crue soudaine (HU)|crues soudaines]] ;
* la publication graphique des prévisions en faisant apparaître un faisceau d’incertitude à 80 % ;
* l’association à ces prévisions de crues de jeux de cartes de zones de [[Zone Inondée Potentielle /ZIP (HU)|zones inondées potentiellement (ZIP)]] et de [[Zone inondable par classe de hauteur d'eau / ZICH (HU)|zones inondées par classes de hauteur de submersion (ZICH)]], qui permettent de passer de la prévision des crues à celle des inondations ;
* la mise en service de l’[[HydroPortail (HU)|HydroPortail]] (nouvelle application d’organisation, d’archivage, de traitement et de mise à disposition gratuite des données hydrométriques, alimentant notamment le système Vigicrues), opérée en 3 phases : 2015 pour certains services de l’État, 2018 pour les autres producteurs de données, 2022 pour le grand public via le lien [http://www.hydro.eaufrance.fr www.hydro.eaufrance.fr].

==Introduction==

Cet article fait partie d'une série de sept articles qui traitent des différents aspects de la prévision des crues par les services de l’État. En plus de celui-ci, cette série comprend :
* un article général : [[Prévision des crues et des inondations : vue globale (HU)]] ;
* 5 autres articles détaillant différents aspects (dont certains encore en cours d'écriture) :
** [[Prévision des crues : les modèles utilisés (HU)|Prévision des crues : les modèles utilisés]] ;
** [[Prévisions des crues : les données nécessaires (HU)|Prévisions des crues : les données nécessaires]] ;
** [[Prévisions des crues : erreurs, incertitudes et évaluation des performances (HU)|Prévisions des crues : erreurs, incertitudes et évaluation des performances]] ;
** [[Prévision des crues : les outils opérationnels utilisés en France (HU)|Prévision des crues : les outils opérationnels utilisés en France]] ;
** [[Prévision des crues : développements récents ou en cours en France (HU)|Prévision des crues : développements récents ou en cours en France]].

Le développement de méthodes de prévision des crues a commencé au cours des années 1850 sous le deuxième Empire et les premiers services spéciaux chargés des études relatives aux inondations et de l’annonce des crues ont été organisés par bassins versants (bien avant la création des Agences de bassin par la [[Lois sur l'eau (HU)|Loi sur l’eau de 1964]]), sur une bonne partie du territoire national en 1879 et 1881.

Les pionniers développèrent des principes dont certains restent d’actualité et connurent de belles réussites en prévoyant des crues de la Seine et de la Loire.

Suite à la crue de la Seine en 1910, qui a révélé des faiblesses, un projet très moderne d’évolution de la prévision des crues a été proposé par les services de l’État et des responsables politiques. Il n'a cependant pas été mis en place du fait de la première guerre mondiale, puis de la priorité donnée, dès 1919, au développement de l’hydroélectricité.

Le XXème siècle a été marqué par des progrès à la fois en termes de modélisation et de métrologie, qui n’ont été repris par les services en charge de l’annonce des crues que de façon partielle et inégale. Ce n’est qu’après les grandes crues du début des années 1980 que l'État a décidé une première restructuration de l'organisation de l’annonce des crues. Mais cette organisation restait centrée sur l’échelon départemental, était assez peu ambitieuse en matière de service rendu, et manquait de précision sur les fonctions de coordination au niveau national ou à celui des grands bassins versants.

Après une nouvelle série de catastrophes au début des années 2000 une organisation vraiment plus efficace a été mise en place, avec des Services de prévision des crues moins diffus, une fonction d’orchestration de l’organisation au niveau des grands bassins, ainsi qu’une animation scientifique, technique et opérationnelle au niveau national assurée par le [[Service central d’hydrométéorologie et d’appui à la prévision des inondations / SCHAPI (SCHAPI) (HU)|Service Central de l’Hydrométéorologie et de l’Appui à la Prévision des Crues (SCHAPI)]].

Cet article reprend la proposition de (Bachoc, 2020) et distingue trois époques dans la présentation de cette histoire de presque deux siècles :
* de 1840 à 1914, le temps des pionniers ;
* de 1914 à 1984, une stagnation, voire un recul, des services rendus, mais un net progrès des connaissances et une maturation des outils ;
* depuis 1984, un mouvement de modernisation, de structuration, de renforcement et d’élargissement des services rendus.

==De 1840 à 1914, le temps des pionniers ==

===Avant la crue de la Seine de 1910===

Les premiers pas scientifiques et techniques dans ce domaine ont, en France, été réalisés un peu avant et pendant les terribles inondations de la Saône et du Rhône qui ont lieu entre fin octobre et début novembre 1840. Ils se sont organisés autour d'un quatuor composé du Docteur Lortet, fondateur de la commission hydrologique de Lyon (société savante locale), de M. Terme, maire de Lyon, de M. Jayr, préfet du Rhône et d’André-Joseph de Lagorce, ingénieur en chef du service spécial du Rhône.

Ces avancées se sont poursuivies sur la Loire, après la grande crue de 1846, à l’initiative de M. Collin, ingénieur en chef du Service spécial de la Loire, avec l’élaboration en 1853 d’un règlement organisant le service hydrométrique de la Loire.

C'est en 1854 qu'[[Belgrand Eugène (1810-1878) (HU)|Eugène Belgrand]] (célèbre aussi pour la création du réseau d’assainissement de Paris et l’amélioration de son alimentation en eau potable), moins d'un an après avoir été chargé d'organiser le service hydrométrique de la Seine, décrit les facteurs à identifier pour anticiper les crues de la Seine. Il a pour cela bénéficié des expériences antérieures sur les bassins du Rhône et de la Loire, mais aussi de celles qu’il avait lui-même acquises sur le bassin amont de la Seine, durant son long séjour en Bourgogne. C'est d'ailleurs lui qui, en 1872, dans le sous-titre et l’introduction de l’une de ses publications consacrées à La Seine (''figure 1''), propose d'utiliser le terme "Études hydrologiques" pour parler de la transformation de la pluie en débit sur un bassin versant (voir nota). Il jette ainsi les bases de cette discipline, en tirant partie de ses connaissances en géologie et de ses patientes observations de terrain des écoulements pluviaux (Bachoc ''et al'', 2013).

[[File:prévision des crues _ historique Fig-1_belgrand.jpg|400px|center|thumb|''Figure 1 : Couverture de "La Seine ; Études hydrologiques", d’Eugène Belgrand, 1872.'']]

Nota : En réalité, le terme hydrologie avait déjà été utilisé avant Belgrand ; on le trouve par exemple dans "''l’Annuaire des Eaux de la France pour 1851''" publié par ordre du Ministre de l’Agriculture et du Commerce, mais c'est bien Belgrand qui a été le premier à l'utiliser dans son sens moderne (Coulomb, 2011).

'''Après les très fortes crues de début juin 1856''', notamment sur les bassins de la Loire et du Rhône, Napoléon III décide de créer, le 26 juillet 1856, des services spéciaux chargés des études relatives aux inondations, sur la Loire, le Rhône, la Garonne et la Seine, puis sur la Meuse le 17 juin 1858, décisions formalisées administrativement en 1876 et 1878. L’organisation de l’annonce des crues par bassins versants sera généralisée par circulaires du 7 août 1879 et du 1er mai 1881. On peut noter au passage que cette organisation administrative par bassins versants (et plus seulement par axes, ou zones de navigation) précède de plus d’un siècle celle qui a été (ré-)instituée par la loi sur l’eau de 1964.

'''Sur le plan scientifique, les travaux se développent dès le milieu des années 1850'''. Eugène Belgrand, Georges Lemoine et leur équipe sur la Seine, Guillaume-Emmanuel Comoy, Henri Sainjon et leur équipe sur la Loire, ainsi que Charles Kleitz sur le Rhône, documentent aussi précisément que possible les crues remarquables du passé. Ils les classent et dégagent des "règles pratiques pour déterminer à l’avance sur divers points du littoral [des fleuves] la hauteur et l’époque du maximum des crues" (Belgrand dès 1854 pour la Seine à Paris et l’aval, avec une anticipation de 2 ou 3 jours ; Comoy et Sainjon en 1857 pour la Loire).

'''Ces méthodes connaissent des réussites''' : Sainjon et Comoy prévoient assez bien la crue de 1866 sur la Loire. Belgrand prédit (par des communications "en direct" en séances du lundi de l’Académie des sciences !), respectivement 3 ou 4 jours à l’avance, le moment et les niveaux d’eaux du maximum des crues de la Seine à Paris les 18 décembre 1872 et 18 mars 1876. La prévision de 1876 est même exacte à 1cm près, dans des conditions de prévision particulièrement favorables, il est vrai.

Ces méthodes, dont les grands principes sont exposés par E. Belgrand dans "La Seine" (Belgrand, 1872) '''sont progressivement perfectionnées''' (De Préaudeau, 1884), jusqu’à la crue de 1910 à Paris, et '''étendues à de nombreux autres bassins versants français''', en partie directement par l’équipe parisienne. Elles reposent sur des grands principes qui sont encore d’actualité plus de 100 ans plus tard :
* influence de la nature du sol sur le ruissellement superficiel (proportion non infiltrée, dynamique) ;
* restitution retardée des eaux infiltrées ;
* influence de l’antécédent pluviométrique sur la capacité des sols à infiltrer et retenir temporairement une partie de la pluie ;
* propagation plus ou moins rapide des crues suivant les caractéristiques des cours d’eau, notamment leur pente ;
* durée de la crue augmentant de l’amont vers l’aval du cours d’eau ;
* amortissement plus ou moins fort des ondes de crues suivant leur amplitude et les caractéristiques des vallées ;
* présence ou non de facteurs d’augmentation des débits (fonte des neiges, pluie pendant la crue, débâcles) ;
* distinction entre crue isolée et crue survenant au cours de la décrue d’une précédente ;
* importance majeure de la manière dont les crues peuvent se combiner aux grands confluents (concomitance des débits maximaux ou décalage).

Pour l’évaluation du niveau maximum à attendre de la crue, Eugène Belgrand, comme ensuite Henri Sainjon pour la Loire à partir de 1878, utilisent des combinaisons linéaires des niveaux maximaux relevés sur des échelles en amont, sur le cours d'eau principal et ses principaux affluents. Les points utilisés sont soigneusement choisis en fonction de leur capacité à représenter la réaction d’une partie de l’ensemble du bassin versant (sur la base de critères pédologiques, géologiques et topographiques notamment). Les méthodes vont plus loin que l'établissement de simples corrélations statistiques car les temps de propagation sont aussi pris en compte pour évaluer les concomitances et prévoir le temps des pointes de crue.

Sur la Loire, H. Sainjon fait évoluer sa méthode, utilisée opérationnellement à partir de 1883, pour pouvoir annoncer des niveaux d’eau pour les 3 jours à venir, toujours avec des tables à double entrée, mais en prenant en compte :
* des cotes dites équihoraires observées sur les stations amont ;
* des temps de propagation évalués en fonction de la valeur des niveaux d’eau ;
* des atténuations des ondes de crues par les pertes de charge ou débordement ;
* ainsi que le décalage temporel des maximaux des crues des cours d’eau en amont de leur confluent, notamment pour la Loire et l’Allier.

Pour cela, il raisonnait en fait en débit, mais en ne pouvant utiliser cette variable directement, car elle n’était guère mesurable en crue (les jaugeages de terrain dans cette situation ne seront opérationnels que 20 ou 30 ans plus tard).

Pour la Seine, ces méthodes sont formalisées dans le "Manuel hydrologique du bassin de la Seine" (De Préaudeau, 1884), document précieusement transmis et diffusé dans l’équipe parisienne et au-delà, et suivi en 1885 d’un règlement général du service hydrométrique et d’annonce des crues de la Seine (''figure 2'' et ''figure 3'').

[[File:prevision_crue_historique_Fig-2_Manuel-hydrologique-bassin-Seine_De-Preaudeau_1884.jpeg|400px|center|thumb|''Figure 2 : Couverture du "Manuel hydrologique du Bassin de La Seine",
d’Albert de Préaudeau, 1884.'']]

[[File:prevision_crue_historique_Figure 4_Abaque de Prévision sur le Serein.JPG|600px|center|thumb|''Figure 3 : Abaque de Prévision sur le Serein entre l'Isle sur Serein et Chablis, 1894 ; ajout manuscrit au Manuel hydrologique du bassin de la Seine ; Source : SPC Seine moyenne, Yonne-Loing, DRIEAT Île-de-France.'']]

===Après la crue de la Seine de 1910===

'''La crue de la Seine de l'hiver 1910''' (à Paris, le pic a été atteint le 28 janvier et la décrue a duré 35 jours) '''constitue pour le dispositif d’annonce des crues un test autrement plus sévère''' que les crues de 1872 et 1876. Le niveau atteint (8,40 m au pont de la Tournelle, 8,62 m au pont d'Austerlitz) est le plus fort observé depuis la crue de 1658 (8,81 m au pont de la Tournelle). La [[Période de retour (HU)|période de retour]] statistique de la crue est estimée à 100 ans alors que celle de la crue de 1876 (6,50 m) n'était que de 25 à 30 ans. On change donc d’échelle des phénomènes et les prévisionnistes sont confrontés à un évènement dépassant le domaine d’ajustement des méthodes du "Manuel hydrologique" et de son Supplément, publié en 1909 par Edouard Mallet et ses collègues. La difficulté est d'autant plus grande que plusieurs particularités viennent leur compliquer la tâche :
* deux ondes de crues très importantes se succèdent à quelques jours d’intervalle ;
* une partie des sols est gelée, ce qui amplifie et accélère les ruissellements superficiels ;
* les apports du Loing (dont le confluent avec la Seine, au sud-est de la forêt de Fontainebleau, est assez proche de Paris) sont exceptionnels.

Malgré tout, les prévisions à 24 h sont correctes. Il en va de même pour les prévisions à 2 ou 3 jours sur la plupart des stations situées à l’amont de Paris. Cependant les prévisions à 2 ou 3 jours sont assez nettement sous-estimées à Paris et à l'aval, notamment pour la période du 19 au 21 janvier.

'''Le Président de la République institue, le 9 février 1910, une commission présidée par Alfred Picard''' (vice-président du Conseil d’État et ancien Ingénieur des Ponts et Chaussées) pour "''rechercher les causes des crues récentes, les moyens propres à en atténuer les effets et les mesures à prendre pour assurer en cas d’inondation, le fonctionnement normal des Services Publics''", dont le rapport devait être adressé au Président du Conseil. La commission commence par organiser l’élaboration de plusieurs documents techniques :
* des plans topographiques de Paris et des environs, délimitant les zones inondées (dans la suite des cartes réalisées de 1848 à 1952 sur la vallée de la Loire de Vorey, en Haute-Loire, à Nantes, après la crue de 1846 - en y reportant les contours de celles de 1856 et 1866 -, et de celles sur les secteurs inondés par la Garonne en 1875)¸
* des évaluations spécifiques sur :
** les quais de Paris ;
** les interactions entre la crue, les égouts de Paris et les inondations ;
** la gestion des déchets ;
** les ponts ;
** les chemins de fer ;
** les moyens de télécommunication ;
** l’alimentation en électricité, gaz, air comprimé, … ;
** les questions spécifiques aux communes de banlieue ;
** les interactions avec la gestion des forêts et des prairies ;
** les aménagements susceptibles de réduire l’intensité des crues ;
** etc.
* enfin, ce qui nous intéresse le plus ici, une monographie de la crue de janvier à mars 1910.

Ces documents sont soumis à débats au sein de la Commission, avant d’émettre des avis unifiés rassemblés dans le '''Rapport général de M. Alfred Picard''' (Picard, 2010) remis le 30 juin 1910 (''figure 4'').

[[File:prevision_crue_historique_Figure 3_Carte_synthèse-methodesAC.JPG|600px|center|thumb|''Figure 4 : Carte de synthèse des méthodes d'annonce référencées sur le bassin de la Seine ; carte extraite du Manuel hydrologique du bassin de la Seine (et ses ajouts) et du rapport Picard d'octobre 1911 sur les travaux à envisager par suite de la crue de 1910 ; Source : SPC Seine moyenne, Yonne-Loing, DRIEAT Île-de-France.'']]

'''La Monographie de la crue de janvier-février-mars 2010''' (Nouailhac-Pioch et Mallet, 1910), établie avec le concours des agents du Service hydrométrique de la Seine et des membres de la Commission de l’Annonce des crues créée au sein du Conseil général des ponts et Chaussées après la crue de 1875, a été soumise à la Commission dès le mois de mars. Elle présente :
* les données météorologiques et hydrométriques observées, les prévisions émises et leur comparaison avec ce qui a été constaté ensuite, ainsi que le contexte de ce qu’on savait sur les crues antérieures ;
* une analyse des principales causes de l’amplitude exceptionnelle de cette crue, qui "''vérifient cruellement''" ce qui avait été envisagé par E. Belgrand et ses successeurs ;
* l’organisation du service hydrométrique et d’annonce des crues et les conditions dans lesquelles il a fonctionné pendant la crue ; de façon très argumentée, il est montré qu’il est "''resté à la hauteur de sa tâche durant cette épreuve exceptionnelle''", et qu’il n’y a pas lieu de "''compromettre la solidité de l’édifice conçu en 1854 et amélioré en 1885, si désirables que puissent être aujourd’hui certains aménagements plus modernes''" ;
* les améliorations souhaitables : en 9 pages, douze propositions hiérarchisées sont formulées pour améliorer l'efficacité des services d'annonce des crues, en particulier :
** mieux intégrer les prévisions météorologiques pour la prévision des crues sur les bassins versants amont, ce qui nécessite :
*** de développer la télégraphie sans fil, de façon à disposer en temps quasi-réel des informations que pourraient fournir les bateaux sur l’Atlantique, et,
*** d'installer le service d’annonce des crues central pour le bassin de la Seine dans les locaux déjà occupés par le bureau central de la météorologie, rue de Grenelle, lesquels sont équipés d'un service de télétransmission moderne et priorisé ;
** d’améliorer la précision des données recueillies par les observateurs et compléter leur caractère ponctuel dans le temps par des données enregistrées ;
** de raccourcir les délais de transmission par diverses mesures (notamment en généralisant l’utilisation du téléphone et en expérimentant une transmission automatique à distance des données enregistrées en continu) ;
** d’améliorer l’accès aux échelles de crue ;
** de multiplier les jaugeages au niveau des échelles d’observation des niveaux d’eau ainsi que les calibrages au droit des sections correspondantes ;
** de généraliser à toutes les communes concernées la cartographie des contours des inondations les plus hautes connues (cartographie en principe rendue obligatoire par la loi du 28 mai 1858), de façon à mieux concrétiser sur le terrain les annonces de niveau faites sur les échelles ; il s'agit également de freiner l’occupation et les endiguements des champs d’expansion des crues.

Très vite après, l’arrêté ministériel du 8 juillet 1910 réorganise les services gérant les questions d’inondations en les chargeant de deux missions :
* études et travaux nécessaires pour prévenir et atténuer les conséquences des inondations ;
* hydrométrie et annonce des crues.

Cette réorganisation fait apparaître 3 niveaux territoriaux :
* au niveau national, un service central et une commission sont créés dans chacun des deux domaines ;
* au niveau intermédiaire, 4 services centraux des inondations sont mis en place sur des territoires qui recouvrent de manière plus complète qu’auparavant les grands bassins versants : bassins de la Seine, du Nord et de l’Est, bassin de la Loire et ses bassins secondaires, bassin du Rhône et ses bassins secondaires, bassin de la Garonne et ses bassins secondaires ;
* au niveau local, 30 services hydrométriques et d’annonce des crues "départementaux" sont définis ; ils sont rattachés sur le plan hiérarchique à un service départemental des ponts et Chaussées ou à un service de la navigation, qui couvrent souvent des territoires s'étendant sur plusieurs départements.

La fonction du niveau intermédiaire en matière de pilotage fonctionnel des services du niveau local ne s’est exercée que très inégalement. Sans doute par manque de moyens humains, du fait de la guerre, et pour éviter des rivalités de hiérarchie, mais aussi sous la poussée des perspectives de développement de l’hydroélectricité, ces quatre services ont finalement été fusionnés, par circulaire du 16 janvier 1917, en un seul au niveau national, le Service central des forces hydrauliques et des inondations, comme l’auront été les deux commissions en 1922, en intégrant aussi l’hydroélectricité.

'''Ces propositions techniques et organisationnelles apparaissent, avec le recul historique, d’une remarquable modernité, sur les plans technique et organisationnel.'''

==De 1914 à 1984, une stagnation des services rendus, mais un net progrès des connaissances et une maturation des outils ==

'''Le beau programme de 1910 ne va guère se concrétiser sur le plan pratique. La guerre de 1914-1918 constitue le premier point d'arrêt'''. Par exemple, beaucoup de registres d’observateurs s’arrêtent subitement début août 1914, et leur reprise sera assez chaotique. Après la première guerre mondiale, '''des regroupements de services sont effectués''', comme indiqué plus haut. Cela s’est sans doute souvent traduit par de fortes pertes de compétences et de motivation, malgré la survenue de crues dévastatrices : de la Seine en 1924, du Tarn en 1930 (30 morts), dans le Roussillon en octobre 1940, lors du grand Aigat (57 morts, dont 23 à Amélie-les-Bains), dans la vallée amont du Tech, etc.

Le niveau central s'étiole progressivement, préservant à peine un rôle de centralisation des informations sur les évènements les plus graves, et délaissant la coordination technique. Le nombre des services locaux a augmenté (37 en 1977, jusqu’à 52 en 1992) et leurs forces respectives ont baissé ; leur compétence s’est émiettée et leurs méthodes ont évolué de manière inégale avec le plus souvent des stagnations sinon des reculs dans les services rendus.

Peu d'éléments nouveaux apparaissent avant l’[https://www.legifrance.gouv.fr/jorf/id/JORFTEXT000000617218 arrêté ministériel du 18 janvier 1962], qui fusionne le service central d’hydrométrie et d’annonce des crues, créé en 1910, avec le Service central des forces hydrauliques et des inondations, datant de 1917, en un Service central hydrologique, mais dont la taille reste modeste. Le niveau intermédiaire réapparaît le 16 décembre 1964, sous la forme de 10 services hydrologiques centralisateurs (SHC) couvrant les bassins de la Seine, de l’Escaut et de la Sambre, de la Meuse, de la Moselle, du Rhône, de la Garonne, de l’Adour, de la Dordogne, de la Charente et de la Loire. Ces services ont des moyens limités et en tout cas très inégaux. Ils bénéficient cependant de l'apport de compétences nouvelles, en particulier d’hydrologues qui avaient exercé en Afrique du Nord ou provenant de pays de l’Europe de l’Est. Par arrêté ministériel du 24 août 1977, les territoires des SHC sont rapportés à ceux des 6 grands bassins mis en place par la loi sur l’eau de 1964. En 1992, les SHC sont intégrés, comme les Délégations de bassin, aux Directions régionales de l’environnement (DIREN) coordinatrices de bassin, puis en 2009 dans les Directions régionales de l’environnement, de l’aménagement et du logement (DREAL) coordinatrices de bassin. Dans le même temps, des règlements particuliers sont institués pour organiser l’activité des services locaux d’annonce des crues, domaine qui, à compter du décret du 11 juillet 1979, relève du Ministère chargé de l’environnement.

En parallèle, il y a des '''avancées scientifiques et techniques''', s'appuyant sur les progrès réalisés en hydrologie et en hydraulique, notamment en France :
* '''Dans le domaine de la géographie, de la transformation pluie-débit, de l’hydrologie statistique ou des relations avec la météorologie''', on peut citer notamment :
:* Maurice Pardé qui, entre les années 1920 et 1960, recense et analyse de façon précise toutes les crues importantes en France (Pardé, 1963) et dans le monde (Pardé, 1961) et constitue ainsi une matière première précieuse encore plus d’un demi-siècle plus tard pour aider les hydrologues à comprendre et mieux prévoir de tels évènements ;
:* Marcel Roche (Roche, 1963), ainsi que Daniel Duband, puis Charles Obled (Obled et Duband, 2014), qui contribuent au développement de l’hydrologie statistique et travaillent au rapprochement de l’hydrologie et de la météorologie, avec, entre autres résultats, le développement des méthodes du [[Gradex (méthode du) (HU)|GRADEX]] et du SCHADEX, de la méthode des Analogues, de la Différence Première de la Fonction de Transfert (DPFT) pour la prévision des crues sur des petits bassins versants de montagne, etc. ;
:* Claude Fabret qui développe l'un des premiers modèles de transformation pluie-débit pouvant être recalé en fonction des observations en temps réel et qui installe au début des années 1970 avec Jean-Pierre Dupouyet (Dupouyet, 1983) le premier radar hydrométéorologique utilisé pour la prévision des crues, sur le bassin de la Dordogne ; ensuite Claude Fabret, alors qu’il était Directeur départemental de l’Équipement de Haute-Loire, a, par son action personnelle, contribué à sauver de nombreuses vies humaines lors de la crue de la Loire des 20 et 21 septembre 1980 (au moins 8 morts, tout de même) ;
:* Jean-Marie Masson et Guy Bediot (Masson et Bediot, 1981), pour l’hydrologie statistique, ainsi que Michel Desbordes (Desbordes, 1974) (Desbordes ''et al'', 1986) ;
* '''Dans le domaine de la propagation des ondes de crues''' (Baptista, 1990), [[Barré de Saint Venant (1797-1886) (HU)|Barre de Saint-Venant]] a proposé dès 1871 un [[Barré de Saint Venant (équations de) (HU)|système d'équations]] décrivant le phénomène et permettant de le simuler. Son système d'équations constitue, depuis, la base théorique du domaine. Il a ensuite été complété en particulier par les travaux de Graef en 1875 et de Kleitz en 1877. La première méthode permettant l'intégration graphique des équations de Barré de Saint-Venant, fondée sur les [[Caractéristique (courbe) (HU)|courbes caractéristiques]], est due à Massau en 1889. Cependant au début du XX^ème siècle, malgré des développements mathématiques importants, les études sur la propagation des crues ont encore un caractère essentiellement empirique et pratique et visent des objectifs immédiats. Dans les années 1930 on voit apparaître des [[Modèle de propagation d’ondes de crue (HU)|modèles conceptuels de propagation d'ondes de crue]] fondés sur des considérations de stockage dans les cours d'eau (en particulier le [[Muskingum (Modèle) (HU)|modèle Muskingum]] proposé par McCarthy en 1938). En 1934, M. Bachet, ingénieur en chef des Ponts et Chaussées, et son équipe du Service d’annonce des crues de la Loire de Gien à Montjean, proposent, pour pallier les difficultés de maîtrise par les prévisionnistes de l’époque des méthodes élaborées par son lointain prédécesseur Henri Sainjon, une méthode graphique ingénieuse, connue sous le nom des "Réglettes de Bachet" (Bachet, 1940), (Bachet, et Beau 1940), (Bachet, 1948), (Robert, 1969), (Javelle et Lacaze, 2009), (Roche ''et al.'', 2012), dont l'usage va se généraliser en France pour la prévision des crues, sous l’impulsion du Service central (national) hydrologique. En 1951, Hayami propose une simplification du système complet de Saint-Venant permettant sa résolution directe. Il l’applique avec succès à la rivière Yedo, suscitant divers modèles dérivés. Le développement des connaissances (notamment, en France, par Bocquillon, Cunge, Preismann, Thirriot, etc.), associé au progrès et à la généralisation des ordinateurs, permet dès les années 1980 de construire des modèles performants de propagation des crues.

[[File:reglette_bachet.JPG|800px|center|thumb|''Figure 5 : Exemple de réglette de Bachet dans le bassin de la Garonne : la prévision à la station de LAMAGISTERE se fait à partir de deux stations : VERDUN et SAINT-SULPICE ; Source : Ntonga, 1984.'']]

==Depuis 1984, un mouvement de modernisation, de structuration, de renforcement et d’élargissement des services rendus==

===Une évolution réglementaire dictée par des crues meurtrières===

Au début des années 1980, une série de crues catastrophiques touche la France, notamment :
* la crue meurtrière (12 morts, dont 2 enfants, à Brives-Charensac) de la Loire amont, dans la nuit du 20 au 21 septembre 1980, a été le facteur déclenchant de la mise en place, à partir de 1986, de la première configuration du réseau CRISTAL de télémesure et de suivi des crues et des étiages du bassin de la Loire (Gasowski, 1990) ;
* en janvier 1981, des crues de la Seine, puis du Doubs et de la Saône ;
* en décembre 1982, des crues de la Marne, à nouveau du Doubs et de la Saône, de la Meurthe, de la Moselle, de la Meuse, de la Charente à Saintes et du Clain à Poitiers ;
* en 1983, en avril à nouveau une crue de la Marne, puis en deuxième quinzaine de mai, une crue du Doubs et encore de la Saône (au total 840 millions de francs, soit plus de 200 millions d’euros, de dégâts) ; crue simultanée de la Meurthe et de la Moselle ; crue de la Nivelle au Pays basque côté français le 26 août, alors qu’à Bilbao, côté espagnol, les inondations du Nervion tuent 26 personnes.

Des évolutions des dispositifs d'annonce de crue, d'alerte et de secours s’avèrent nécessaires dans l’ensemble du pays.

Pour préciser et compléter les missions et l’organisation de l’annonce des crues, 2 arrêtés ministériels sont publiés le 27 février 1984 :

* [https://www.legifrance.gouv.fr/loda/id/LEGITEXT000006074739/2021-07-08 l’un définit les missions des Services d’annonce des crues] (SAC) et celles des préfets de département, des maires et de divers services ; il précise la chaîne d’information et d’alerte. Le principe consiste à cibler l’information à délivrer par les SAC sur un nombre limité de tronçons de cours d’eau à l’aval de stations où l’annonce est possible. Le SAC transmet des informations au préfet, lequel décide d’alerter les maires des localités concernées. C'est ensuite à chaque maire d'alerter la population de sa commune et de prendre les mesures de protection immédiates. Il est également prévu que certaines collectivités mettent en place leur propre service d’annonce de crue.
* [https://www.legifrance.gouv.fr/codes/article_lc/LEGIARTI000006862822 L’autre définit la nouvelle organisation des SAC], en homogénéisant les processus de production et de transmission des avis. Il distingue :
:* la mise en état de vigilance du service d'annonces des crues proprement dit, pour qu’il soit prêt à tout moment à alerter le préfet sur le risque et le déroulement d'une crue dommageable ;
:* la mise en pré-alerte des services chargés de la transmission des avis de crues au préfet de département ;
:* la mise en alerte nécessitant une information directe de ce préfet.

Il est demandé que des règlements départementaux fixent, sur chaque station, les seuils à partir desquels des annonces sont diffusées, compte-tenu des cotes observées, ou prévues (lorsque le SAC dispose de modèles de simulation, ce qui est encore assez rare). L'arrêté définit également la mission des services de la météorologie nationale, y compris pour la mise à dispositions d’images provenant de radars météorologiques.

Le [https://www.legifrance.gouv.fr/loda/id/LEGITEXT000005623052 11 février 1997, un nouvel arrêté ministériel] d’ajustement de l’organisation de l’annonce des crues rend obligatoire une convention entre le SAC et les préfets ainsi qu'avec les services bénéficiaires de ses avis. Il amorce également une professionnalisation des agents chargés de cette annonce, alors que ceux-ci ne l’assuraient souvent, jusque-là, qu’à temps très partiel.

===Des développements scientifiques et techniques importants===

Des développements scientifiques et techniques importants pour la suite se poursuivent, par exemple sur :
* l’évaluation des intensités et de la localisation des précipitations pluvieuses avec des images radar-météorologiques (Gilet et Ciccione, 1983), (Andrieu ''et al.'', 1985), avec une meilleure maîtrise des images radar-météorologiques permettant de concevoir un réseau de radars en priorité pour les risques d’inondation par ruissellement urbain ou par crue soudaine, ce qui débouchera, à partir de la fin des années 1990, sur une couverture assez systématique du territoire national par le réseau [[ARAMIS (HU)|ARAMIS]] de Météo-France, avec un cofinancement de l’État sur les investissements,
* la consolidation des méthodes de prévision :
** avec des procédures multi-modèles (Roche et Tamin, 1986),
** en formalisant des méthodes plus modernes de prévision (Roche ''et al.'', 1987) ;
* l’accélération des recherches en modélisation hydrologique en temps réel menées par des équipes du CEMAGREF, devenu depuis l’IRSTEA puis l’INRAE, en particulier celles d’Anthony, pour la prévision des crues classiques, et d’Aix-en-Provence pour celle des crues soudaines ;
* le développement et la structuration de plusieurs plates-formes de modélisation hydrologique et hydraulique pour simuler les crues de cours d’eau (et dans les réseaux d’assainissement), en France sur la Loire (Moulin et Thépot, 1999), le Gard, et d’autres (Erlich ''et al.'', 2000), ainsi qu’à l’étranger ;
* des évolutions techniques et méthodologiques dans des unités d’hydrométrie, des SAC et des DIREN de bassin, en particulier :
** en hydrométrie :
*** l’évolution des capteurs, des enregistrements et des télétransmissions, avec l’intégration progressive de la micro-informatique,
*** la mise en place d'une méthodologie mieux structurée, avec des ateliers d’échange d’expérience et des formations puis la publication en 1998, sous la direction de Nicolas Forray, d’une première Charte de l’hydrométrie, charte qui sera actualisée en janvier 2017, sous la direction de Rachel Puechberty et de Stéphanie Pitsch (Poligot-Pitsch ''et al.'', 2017),
*** la convergences entre bases de données, pour faire aboutir le projet de Banque [[HYDRO (HU)|HYDRO]], devenue [[HydroPortail (HU)|HydroPortail]] (Leleu ''et al.'', 2014) ;
** la conception de systèmes desservant chacun plusieurs SAC, qui intègrent des réseaux de télétransmission multi-supports, des traitements des mesures, et même la mise en œuvre de modèles de prévision, comme celui du Service hydrologique centralisateur de la Garonne, mis en place de 1980 à 1991 (avec Jean-Pierre Dupouyet et Jean-Jacques Vidal), ou le réseau CRISTAL sur le bassin de la Loire, au milieu des années 1980 avec un renouvellement important à la fin des années 1990 (Moulin ''et al.'', 1999) ;
** l’installation, à partir de la fin des années 1990, de serveurs diffusant à des publics progressivement élargis des données télétransmises et les éléments d’analyse des crues en formation, comme :
*** pour le bassin de la Loire : le serveur du réseau CRISTAL,
*** pour le bassin du Rhône : Hydroréel (http://www.rdbrmc.com/hydroreel2/index.php ), l’expérience de ces serveurs sera utile pour la conception à partir de 2003 du serveur Internet [[Vigicrues / réseau (HU)|Vigicrues]] pour toute la France métropolitaine ;
** une exploration des services au citoyen prolongeant la prévision des crues en préfigurant celle des inondations, développée à la fin des années 1990 dans le projet OSIRIS (Erlich ''et al.'', 2000) impliquant plusieurs pays européens dont la France (sur la Loire) qui ne se sont pas toutes traduites opérationnellement que 15 ans après.

Ce mouvement de modernisation, de renforcement et d’élargissement de l’annonce des crues prépare la profonde mutation des années suivantes.

===Au début du XXIème siècle, une nouvelle restructuration===

De 1999 à 2002, une nouvelle série de crues, encore plus catastrophiques que celles des années 1980, touche la France, notamment :
* les crues de l’Aude et des rivières voisines les 12 et 13 novembre 1999 (36 morts et plus de 600 millions d’euros de dégâts) ;
* la crue de la Somme de mars à mai 2001 (évacuation d’un millier de personnes, plus de 150 millions d’euros de dégâts) ;
* les crues dans le Gard et les départements limitrophes du 8 au 10 septembre 2002 (23 morts et 1,2 milliards d’euros de dégâts).

Figure 6 : Crue du Vidourle à Sommières (département duGard) les 8 et 9 septembre 2002 ; source : Quotidien Le Midi Libre, dans l’article de Kathy Hanin publié le 08/09/2022

Dans le même temps de nombreux autres pays européens sont touchés, particulièrement en Europe centrale et orientale, ce qui renforce la nécessité de faire évoluer le dispositif.

La [https://www.bulletin-officiel.developpement-durable.gouv.fr/notice?id=Bulletinofficiel-0001890&reqId=5d922baa-2064-4568-b44d-ad011b6051cc&pos=1 circulaire ministérielle du 1er octobre 2002] puis la [https://www.legifrance.gouv.fr/loda/id/JORFTEXT000000604335 loi sur les risques technologiques et naturels du 30 juillet 2003] (qui crée ou modifie les [https://www.legifrance.gouv.fr/codes/article_lc/LEGIARTI000006839530 articles L. 564-1 à L. 564-7 du Code de l’environnement]) avec ses décrets et arrêtés d’application, restructurent profondément le réseau pour la prévision des crues et l’hydrométrie.

Les principales avancées sont présentées dans les paragraphes suivants.

====Création du SCHAPI====

Elles actent la création d’un centre national dédié à la prévision des crues, le [[Service central d’hydrométéorologie et d’appui à la prévision des inondations / SCHAPI (SCHAPI) (HU)|Service central d’hydrométéorologie et d’appui à la prévision des crues (SCHAPI)]]. Ce dernier sera mis en place à Toulouse, à proximité des services centraux de Météo-France, par [https://www.legifrance.gouv.fr/jorf/id/JORFTEXT000000229756 arrêté ministériel du 2 juin 2003]. Sa fonction de pilotage national sera étendue à l’hydrométrie par [https://www.bulletin-officiel.developpement-durable.gouv.fr/notice?id=Bulletinofficiel-0004471&reqId=72035cfe-083f-4287-a335-211844e876f3&pos=5 circulaire du 13 avril 2006]. Le SCHAPI est rattaché à l’administration centrale (direction de l’eau puis direction générale de la prévention des risques / service des risques naturels et hydrauliques).

====Mise en place des services de prévision des crues====

22 [[Service de prévision des crues (HU)|Services de Prévision des Crues]] (SPC), sont mis en place de 2004 à 2007, regroupant et remplaçant les 52 Services d’Annonces des Crues existant auparavant. L'objectif est de faire évoluer le service rendu vers une meilleure anticipation des crues et une amélioration de l'information. Il s'agit également d’assurer la continuité de mobilisation nécessaire, avec une responsabilité élargie du service à l'échelle de tout un bassin versant.

====Mise en place d'une organisation structurée autour des SPC====

Les différents textes actent les éléments suivants :
* l'État assurera l’organisation de la surveillance, de la prévision et de la transmission de l’information sur les crues ;
* un [[Schéma directeur pour la prevision des crues (HU)|Schéma directeur de prévision des crues (SDPC)]] sera arrêté au niveau de chaque grand bassin, en vue d’assurer la cohérence des dispositifs mis en place par l’État et éventuellement les collectivités locales, en fixant en particulier les principes selon lesquels s’effectuera la prévision et les objectifs à atteindre par étapes, de façon différenciée suivant les tronçons de cours d’eau ;
* l’organisation du dispositif fera l’objet d’un Règlement relatif à la surveillance, à la prévision et à la transmission de l’information sur les crues (RIC), pour chaque territoire de SPC, pris par arrêté du préfet du siège du SPC ;
* les 22 SPC seront rattachés, soit à des DIREN coordinatrices de bassin, soit à d’autres DIREN, soit à des directions départementales de l’Équipement, soit à des services de la navigation et, en ce qui concerne celui des bassins méditerranéens Est, à la Direction interrégionale sud-est de Météo-France ;
* les SPC, notamment les plus inexpérimentés, bénéficieront d’un soutien particulier du SCHAPI, cœur du réseau pour la prévision des crues et l’hydrométrie ;
* grâce à de nouveaux outils et de nouvelles compétences, ils devront tous délivrer leurs informations sur les crues avec une avance significative sur le système précédent et les circuits d’information seront améliorés ;
* Une carte de vigilance sur les crues sera élaborée et publiée à partir de juillet 2006 sur le site Vigicrues.

====Mise en place d'une gouvernance du réseau====

Il est mis en place une gouvernance du réseau pour la prévision des crues et l’hydrométrie, associant :
* au sein d’un Comité de Pilotage, des représentants des principaux utilisateurs des services fournis (administrations centrales de l’État, services d’alerte et de secours, collectivités locales, etc.),
* au sein d’un Comité Scientifique et Technique, des représentants des principaux partenaires pour la production de ces services (Météo-France, autres producteurs de données, laboratoires de recherche, bureaux d’études, etc.) que Jean-Michel Tanguy, le premier directeur du SCHAPI, a su fédérer très rapidement par l’élaboration commune d’un Traité d’hydraulique environnementale en 8 volumes (Tanguy ''et al.'', 2010).

===A partir de 2010, une nouvelle évolution nécessaire===

Une nouvelle évolution s’est révélée nécessaire par suite de nouvelles inondations dramatiques pour lesquelles une meilleure anticipation aurait pu permettre de réduire les pertes de vies humaines ou les dommages matériels, notamment :
* les 14 et 15 Juin 2010, à Draguignan et alentour, les inondations dans le département du Var, par l’Argens, la Nartuby et des ruissellements localisés, ont provoqué 25 décès et près de 1,4 milliards d’€ de dégâts ;
* le 27 février 2010, lors de la tempête Xynthia, la submersion marine de communes littorales du centre ouest de la France, a provoqué une quarantaine de morts et de l’ordre de 700 millions d’euros de dégâts.

Ces deux évènements ont motivé, en parallèle de l’ajustement du dispositif des vigilances météorologique et pour les crues, l’élaboration et l’adoption interministérielle en février 2011 du Plan national sur les submersions rapides (y compris d’origine marine), dont l’important volet "prévision" identifie plusieurs orientations nouvelles à mettre en œuvre. Les retours d’expérience établis par suite de ces inondations et quelques autres ont mis en évidence le besoin des habitants, des élus et des préfets, que soient :
* encore renforcées les capacités de prévision des crues (en gagnant en précision et surtout en délai) et améliorés les modèles de prévision des crues des cours d’eau, notamment à l’aval de bassins versants à hydrologie complexe, ainsi que pour les secteurs sous influence marine, notamment en estuaires ;
* affichées plus régulièrement sur Vigicrues non seulement les prévisions, mais également les incertitudes inhérentes à ces prévisions ;
* étendu le champ de la prévision aux crues soudaines, aux inondations fluviales sous influence marine, et également à la prévision des zones inondées potentielles ;
* renforcée, pour atteindre ces objectifs, la chaîne opérationnelle et technique en atteignant, dans tous les SPC, la taille critique technique permettant de faire face à tous ces défis, tout en ne dépassant pas une taille maximale de territoire, afin de garder le contact avec la réalité du terrain.

En complément de cette nouvelle densification des SPC, il est apparu nécessaire d’organiser un relais local qui sera assuré par les Directions départementales des territoires (et de la mer), en tant que référents départementaux pour l’appui technique à la préparation et à la gestion technique des crises d’inondation. Cette évolution fera l’objet de la [https://www.bulletin-officiel.developpement-durable.gouv.fr/notice?id=Bulletinofficiel-0024970&reqId=5afc963a-e92a-4355-bcf3-db8df41e8302&pos=5 circulaire interministérielle du 28 avril 2011], qui sera actualisée par la [https://www.legifrance.gouv.fr/circulaire/id/44107 Note technique, toujours interministérielle, du 28 octobre 2018].

La [https://www.bulletin-officiel.developpement-durable.gouv.fr/notice?id=Bulletinofficiel-0024617&reqId=99527b9b-de11-4119-93f0-d72375ee6753&pos=9 circulaire du 4 novembre 2010] a initié un processus qui, après les consultations qu’elle avait prévues, a permis l’approbation en 2012 et 2013 par les préfets coordonnateurs de nouveaux Schémas directeurs de prévision des crues :
* fixant des objectifs plus larges et plus ambitieux que les précédents ;
* réduisant le nombre des SPC au niveau du territoire métropolitain continental de 22 à 19.

Pour renforcer la cohérence hydrologique, les Services de prévision des crues ont fait l’objet de regroupements supplémentaires par l’[https://www.legifrance.gouv.fr/jorf/id/JORFTEXT000043752413 Arrêté ministériel du 08 juin 2021] : depuis cette date, ils sont au nombre de 17 et tous rattachés à des Directions régionales de l’Environnement, de l’Aménagement et du Logement (DREAL), sauf Méditerranée Est.

Les RIC pour chacun des SPC et leur territoire ont concrétisé ces évolutions.

Le dispositif est complété par la mise en place progressive, à partir de 2012, dans les Départements d’outre-mer et en Corse, de Cellules de Veille Hydrologique (CVH) dont les missions sont ciblées sur des enjeux plus localisés, mais souvent importants. Au cours des 10 dernières années, les évolutions prévues par le Plan national sur les submersions marines et d’autres aussi préparées depuis assez longtemps, ont été poursuivies, avec notamment :
* la mise en place opérationnelle, à partir de 2017, du nouveau service [[Vigicrue flash (HU)|Vigicrues Flash]], d’avertissement sur le risque de [[Crue soudaine (HU)|crues soudaines]], au-delà du réseau hydrologique surveillé par l’État, en extension géographique et en amélioration continues ;
* la publication graphique des prévisions en faisant apparaître un faisceau d’incertitude à 80 %, qui s’étend rapidement sur les stations de prévision en amont des secteurs les plus vulnérables ;
* l’association à ces prévisions de crues de jeux de cartes de zones de [[Zone Inondée Potentielle /ZIP (HU)|zones inondées potentiellement (ZIP)]] et de [[Zone inondable par classe de hauteur d'eau / ZICH (HU)|zones inondées par classes de hauteur de submersion (ZICH)]], qui permettent de passer à la prévision des inondations ;
* la mise en service de l’[[HydroPortail (HU)|HydroPortail]], nouvelle application d’organisation, d’archivage, de traitement et de mise à disposition gratuite des données hydrométriques, alimentant notamment le système [[Vigicrues / réseau (HU)|Vigicrues]], en 3 phases : 2015 pour certains services de l’État, 2018 pour les autres producteurs de données, 2022 pour le grand public via le lien [http://www.hydro.eaufrance.fr%20 www.hydro.eaufrance.fr].

Bibliographie :
* Andrieu, H., Jacquet, G., Bachoc, A. (1985) : Les débuts de l’utilisation du radar hydrométéorologique en hydrologie urbaine ; ''Seminar on an integrated weather network for western Europe'' ; COST 72. Trapani.
* Bachoc, A., Piotte, O., Daly, F., Reinbold, D., Chesneau, S., Silva, J-P. (2013) : Eugène Belgrand, âme et moteur puissant du développement de l'hydrométrie et de l'annonce des crues ; dans "Eaux pour la ville, eaux des villes, Eugène Belgrand ; coordonné par J.C. Deutsch et I. Gautheron, 436 p. ; Presses de l'ENPC, p. 88 à 109.
* Bachoc, A. (2020) : 170 ans et quelques de prévision des crues en France ; Revue "Pour mémoire" du Comité d’histoire des ministères chargés de l’environnement et du développement durable ; n° 21 sur le thème "Des acteurs et des institutions pour prévenir et gérer les catastrophes naturelles" ; p. 46 à 56 ; disponible sur https://www.igedd.developpement-durable.gouv.fr/les-publications-du-comite-d-histoire-de-l-a2434.html
* Bachet, M. (1934) : Note sur la propagation et l’annonce des crues ; Annales des ponts et chaussées 1934-05-01 ; 1ère partie, Mémoires et documents relatifs à l'art des constructions et au service de l'ingénieur ; pp. 409-465 ; mai 1934 ; disponible sur https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k1342373j/f146.item
* Bachet, M. et Beau, M. (1940) : Prévision des crues : retour sur les principes des nouvelles méthodes françaises de prévision et leur mise au point ; analyse des résultats obtenus et enseignements dégagés lors de leur généralisation aux divers bassins français ; Annales des Ponts et Chaussées ; VII note n°2 ; juillet-août 1940 ; pp. 23-42; disponible sur https://heritage.ecoledesponts.fr/ark:/12148/bpt6k1342193m/f26.item
* Bachet M. (1948) : Méthode Graphique d’Annonce des Crues ; La Houille Blanche ; n°34:sup2, pp 720-727 ; disponible sur https://www.tandfonline.com/doi/epdf/10.1051/lhb/1948011?needAccess=true
* Baptista M. (1990) : Contribution à l’étude de la propagation de crues en hydrologie (chap. 1.1.2) ; thèse soutenue à l’Ecole Nationale des Ponts et Chaussées.
* Barré de Saint-Venant, A.-J.-C. (1871) : Théorie du mouvement non permanent des eaux, avec application aux crues des rivières et à l’introduction de marées dans leurs lits ; Comptes rendus hebdomadaires des séances de l’Académie des sciences, t. 73, 1871, p. 147-154 et 237-240
* Belgrand, E. (1872) : La Seine ; ed. Dunod, réédité en 1875.
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* Erlich, M., Sauvaget, P., Taliercio, G. (2000) : L’évolution des systèmes de prévision des crues et des inondations : de l’offre technique vers une offre de service aux citoyens ; Réflexions et perspectives ; La Houille blanche n° 1-2000 ; p. 64 à p.72 ; disponible sur https/www.tandfonline.com/doi/epdf/10.1051/lhb/2000009?needAccess=true
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* Picard A. (1910) : Rapport général adressé à M. le Président du Conseil, Ministre de l’Intérieur et des Cultes [Aristide Briand] sur les travaux de la commission instituée [par suite de la crue de la Seine début 2010] le 09/02/1910 par le Président de la République ; 103 p. ; disponible sur https://www.drieat.ile-de-france.developpement-durable.gouv.fr/le-rapport-picard-analyse-de-la-crue-de-1910-a234.html
* Puechberty, R., Per
Brouillon en cours
Bernard Chocat : Contenu remplacé par « »

samedi 9 mars 2024

Ppp (HU)
Bernard Chocat : Page créée avec « Test blanc 4 »

Test blanc 4
Eee (HU)
Bernard Chocat : Page créée avec « Test blanc 3 »

Test blanc 3
Zzz (HU)
Bernard Chocat : Page créée avec « test blanc 2 »

test blanc 2
Aaa (HU)
Bernard Chocat : Page créée avec « test blanc 1 »

test blanc 1

mercredi 6 mars 2024

Bon état quantitatif (HU)
Bernard Chocat : Page créée avec « ''Traduction anglaise : Good quantitative Status / GqS'' Dernière mise à jour : 06/03/2024 Objectif d’état quantitatif visé par les politiques de l... »

''Traduction anglaise : Good quantitative Status / GqS''

Dernière mise à jour : 06/03/2024

Objectif d’état quantitatif visé par les politiques de l’eau pour les masses d'eau souterraines.

Voir : Etat quantitatif.

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
[[Catégorie:DCE_et_bon_état_écologique_(HU)]]
BPE (HU)
Bernard Chocat : Page créée avec « Sigle pour Bon potentiel écologique / BPE (HU) Catégorie:Dictionnaire_DEHUA Catégorie:DCE_et_bon_état_écologique_(HU) »

Sigle pour [[Bon potentiel écologique / BPE (HU)]]

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[[Catégorie:DCE_et_bon_état_écologique_(HU)]]

vendredi 12 janvier 2024

Indice biocénotique (HU)
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Voir [[Indice biotique / IB (HU)]]

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jeudi 11 janvier 2024

Oncogène (HU)
Bernard Chocat : Page créée avec « Voir Cancérigène (HU) Catégorie:Dictionnaire_DEHUA Catégorie:Pollution_bactériologique_et_autres_risques_sanitaires_(HU) [[Catégorie:Nature_des_impacts_... »

Voir [[Cancérigène (HU)]]

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
[[Catégorie:Pollution_bactériologique_et_autres_risques_sanitaires_(HU)]]
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[[Catégorie:Autres_risques_(HU)]]
Spectropluviomètre (HU)
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''Traduction anglaise : Disdrometer''

Nom parfois donné aux [[Disdromètre (HU)|disdromètres]].

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
[[Catégorie:Pluviométrie,_techniques_de_mesures_de_la_pluie_(HU)]]

mercredi 10 janvier 2024

Serval (HU)
Bernard Chocat : Page créée avec « Dernière mise à jour : 10/01/2024 Service offert par Météo-France permettant de disposer d'une estimation spatialisée de la lame d'eau cumulée au sol constru... »

Dernière mise à jour : 10/01/2024

Service offert par Météo-France permettant de disposer d'une estimation spatialisée de la lame d'eau cumulée au sol construite à partir des données radar corrigés par des pluviomètres au sol. La lame d'eau peut être cumulée sur des durées diverses : 1h, 3h, 6h, 12h, 24h, 48h et 72H. La résolution est de l'ordre de 500m et 1km. Les palettes correspondants à des intensités peuvent s'adapter : précipitations faibles, modérées ou fortes (''figure 1'').

[[File:serval_meteo_france.JPG|800px|center|thumb|''Figure 1 : Exemple de lame d'eau Serval ; Source : https://services.meteofrance.com/prevision/radar-de-precipitations.'']]

Pour en savoir plus :
* https://services.meteofrance.com/prevision/radar-de-precipitations

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
[[Catégorie:Pluviométrie,_techniques_de_mesures_de_la_pluie_(HU)]]
Test d'écotoxicité (HU)
Bernard Chocat : Page créée avec « ''Traduction anglaise : Bioassay'' Dernière mise à jour : 10/01/2024 Test biologique utilisé pour mesurer l'[[Ecotoxicité (HU)... »

''Traduction anglaise : Bioassay''

Dernière mise à jour : 10/01/2024

[[Test biologique (HU)|Test biologique]] utilisé pour mesurer l'[[Ecotoxicité (HU)|écotoxicité]] d'une substance ou d'un milieu.

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
[[Catégorie:Toxicité_et_écotoxicité_(HU)]]
OFB (HU)
Bernard Chocat : Page créée avec « Sigle pour Office Français de la Biodiversité Catégorie:Dictionnaire_DEHUA Catégorie:Organisme_(HU) »

Sigle pour [[Office français de la Biodiversité / OFB (HU)|Office Français de la Biodiversité]]

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
[[Catégorie:Organisme_(HU)]]
Office français de la Biodiversité / OFB (HU)
Bernard Chocat :

''Traduction anglaise : French Office for Biodiversity / FOB''

Dernière mise à jour : 10/01/2024

Établissement public dédié à la protection et la restauration de la biodiversité en métropole et dans les Outre-mer, sous la tutelle des ministères chargés de l'écologie et de l'agriculture.

Pour en savoir plus :
* [https://www.ofb.gouv.fr/ Site de l'OFB]

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
[[Catégorie:Organisme_(HU)]]
BD TOPAGE (HU)
Bernard Chocat : Page créée avec « Voir Base de données Topage (HU) Catégorie:Dictionnaire_DEHUA Catégorie:Données_:_validation,_stockage,_mise_à_disposition_(HU) »

Voir [[Base de données Topage (HU)]]

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
[[Catégorie:Données_:_validation,_stockage,_mise_à_disposition_(HU)]]
Topage (HU)
Bernard Chocat : Page créée avec « Voir Base de données Topage (HU) Catégorie:Dictionnaire_DEHUA Catégorie:Données_:_validation,_stockage,_mise_à_disposition_(HU) »

Voir [[Base de données Topage (HU)]]

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
[[Catégorie:Données_:_validation,_stockage,_mise_à_disposition_(HU)]]
Base de données Topage (HU)
Bernard Chocat :

''Traduction anglaise : Database on thematic mapping of the Water Agencies''

Dernière mise à jour : 10/01/2024

La Base de données Topage (BD TOPAGE®) constitue le référentiel hydrographique des acteurs de l'eau et des milieux aquatiques. Coproduite par l’[[IGN (HU)|IGN]] et l’[[Office Français de la Biodiversité / OFB (HU)|OFB]], elle a pour objectif d’être la plus exhaustive possible afin d’être utilisée par l’ensemble des acteurs de l’eau pour appuyer les missions de connaissance environnementale, de gestion et de protection des milieux. Elle ne constitue cependant pas un référentiel réglementaire.

Nota : La marque BD TOPAGE a été enregistrée auprès de l’INPI le 22 décembre 2016 et publiée au BOPI le 13 janvier 2017, il faut donc normalement écrire BD TOPAGE®

==Objectifs de la BD TOPAGE®==

La BD TOPAGE® est un référentiel à grande échelle (métrique), compatible avec le référentiel à grande échelle (RGE) de l’IGN.

Elle vise à répondre aux besoins communs de l’ensemble des acteurs du Système d'information sur l'eau (SIE) et doit leur permettre d’échanger et de mutualiser à toutes les échelles sur les éléments hydrographiques de surface du territoire national.

Elle est conforme à la directive INSPIRE.

==Contenu de la BD TOPAGE®==

La BD TOPAGE® regroupe les jeux de données :
* des cours d'eau ;
* des plans d'eau ;
* des surfaces élémentaires ;
* des tronçons hydrographiques ;
* des bassins hydrographiques (moyenne échelle) ;
* des bassins versant topographiques (moyenne échelle) ;
* des nœuds hydrographiques ;
* des limites terre-mer (moyenne échelle).

La ''figure 1'' illustre les données disponibles sur le site Sandre :

[[File:Topage_sandre.JPG|1000px|center|thumb|''Figure 1 : Cartographie interactive des cours d'eau et des plans d'eau ; Source : [https://www.sandre.eaufrance.fr/atlas/srv/fre/catalog.search#/map www.sandre.eaufrance.fr].'']]

Bibliographie :
* https://www.sandre.eaufrance.fr/atlas/srv/fre/catalog.search#/metadata/82752235-2ddf-4b62-a82f-6ea276671f18* IGN (2016) : La BD Topage : le nouveau référentiel hydrographique français ; plaquette de présentation ; 2 p. ; disponible sur http://bdtopage.eaufrance.fr/sites/default/files/upload/documents/plaquettea4_bd_topage_nov2018_abis_v10valide.pdf

Pour accéder à la BD TOPAGE® :
* https://www.sandre.eaufrance.fr/atlas/srv/fre/catalog.search#/metadata/82752235-2ddf-4b62-a82f-6ea276671f18
* https://www.eaufrance.fr/actualites/le-millesime-2022-de-la-bd-topager-metropole-est-disponible

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
[[Catégorie:Données_:_validation,_stockage,_mise_à_disposition_(HU)]]

mardi 9 janvier 2024

Colorimètre (HU)
Bernard Chocat : Page créée avec « Voir Photomètre (HU) Catégorie:Dictionnaire_DEHUA Catégorie:Analyse_des_eaux_et_des_sédiments_(HU) Catégorie:Autres_paramètres_physiques_(HU) »

Voir [[Photomètre (HU)]]

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
[[Catégorie:Analyse_des_eaux_et_des_sédiments_(HU)]]
[[Catégorie:Autres_paramètres_physiques_(HU)]]
Spectromètre (HU)
Bernard Chocat :

''Traduction anglaise : Spectrometer''

Dernière mise à jour : 09/01/2024

De façon générale, dispositif permettant d'établir le spectre d'un phénomène physique, c'est-à-dire sa décomposition sur une échelle d'énergie (ou une autre grandeur similaire, le plus souvent sa longueur d'onde).

En chimie et en biochimie on utilise le plus souvent le terme spectrométrie pour désigner un ensemble de méthodes analytiques qui consistent à mesurer la capacité d'une substance chimique donnée, généralement en solution, à absorber un rayonnement en fonction de la longueur d'onde émise, de façon à en déduire sa présence et sa concentration.

D'autres techniques analytiques de spectrométrie sont possibles, comme la spectrométrie de masse qui permet de séparer les constituants d'un mélange en fonction de leur masse et/ou de leur charge (https://culturesciences.chimie.ens.fr/thematiques/chimie-analytique/spectroscopies/qu-est-ce-que-la-spectrometrie-de-masse).

Seul le premier aspect sera présenté dans cet article.

==Différence entre spectrométrie et spectrophotométrie==

Même si les deux mots sont proches, ils ne recouvrent pas les mêmes méthodes : un spectromètre peut fonctionner pour tout rayonnement électromagnétique, quelle que soit sa longueur d'onde (depuis les rayons gamma : 10^-11 m, jusqu'aux radiofréquences 10^-4 m), alors qu'un [[Spectrophotomètre (HU)|spectrophotomètre]] ne fonctionne que dans le domaine visible (parfois dans le proche infra-rouge ou le proche ultraviolet). Les sources et les capteurs utilisés en spectrométrie peuvent donc être totalement différents de ceux utilisés en spectrophotométrie et un spectrophotomètre peut être considéré comme un type particulier de spectromètre.

[[File:spectrophotomètre.JPG|600px|center|thumb|''Figure 1 : Différences entre photomètre, spectrophotomètre et spectromètre.'']]

==Principe des dosages spectrométriques==

Le principe du dosage spectrométrique d'une substance consiste à utiliser la relation existant entre l'absorbance de la solution et la concentration de la substance étudiée.

===Loi de Beer-Lambert===

On définit l'absorbance $A_λ$ d'une solution pour la longueur d'onde $λ$ par la relation (1) :

$A_λ = log(\frac{I_0}{I}) \quad (1)$

Avec :
* $I_0$ : intensité du faisceau incident pour la longueur d'onde $λ$ ;
* $I$ : intensité transmise pour la longueur d'onde $λ$ .

La loi de Beer-Lambert permet de relier cette absorbance à la concentration par la relation (2) :

$A = ε.l.C \quad (2)$

Avec :
* $ε_λ$ : coefficient d'extinction molaire pour la longueur d'onde $λ$ (litres/mole/m) ;
* $l$ : longueur traversée par le faisceau incident (m) ;
* $C$ : concentration de la solution (moles/Litre).

La loi de Beer-Lambert reste linéaire pour des concentrations $C$ peu élevées, et la lecture de l'intensité transmise $I$ donne directement la concentration C après étalonnage de l'appareil.

==Mise en œuvre de la spectrométrie dans le domaine de l'hydrologie et de l'assainissement==

Différents appareils de spectrométrie sont utilisés pour déterminer les concentrations dans les eaux de diverses substances en choisissant les longueurs d'onde correspondant à des capacités d'extinction spécifiques à ces substances. Cette technique peut se mettre en œuvre de différentes manières. Il est possible d'utiliser des sources monochromatique (une seule longueur d'onde) ou polychromatiques et ceci aussi bien dans le domaine visible (colorimétrie) que dans l'infrarouge ou l'ultraviolet. Il est possible d'analyser l'absorbance globale du faisceau ou de déterminer des spectres d'absorbance en fonction de la longueur d'onde.

Cette méthode est très fréquemment utilisée pour déterminer les concentrations de certains polluants dans les eaux, par exemple les [[Nitrate (HU)|nitrates]] (norme AFNOR NF T 90-012) et les [[Orthophosphates (HU)|orthophosphates]] (norme AFNOR NF T 90-023), les hydrocarbures (norme AFNOR NF-T 90.203), etc.

Elle est le plus souvent utilisée en laboratoire mais des appareils robustes sont également utilisés in situ pour mesurer en continu certaines substances, par exemple les [[Matières en suspension / MES (HU)|MES]] ou la [[Demande chimique en oxygène / DCO (HU)|DCO]] (De Bénédittis et Bertrand-Krajewski, 2004).

Bibliographie :
* De Bénédittis, J., Bertrand-Krajewski J.-L. (2004) : Mesure de la concentration en polluants dans les eaux usées par spectrométrie UV-visible ; La Houille Blanche, N°4 (Juillet-Août 2006), pp. 136-142

Pour en savoir plus :
* [https://fac.umc.edu.dz/snv/faculte/BA/2020/1%20La%20spectrophotom%C3%A9trie.pdf fac.umc.edu.dz]

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
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Photométrie (HU)
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Voir [[Photomètre (HU)]]

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lundi 8 janvier 2024

Étude micromécanique de la transition des régimes hydriques dans les sols granulaires partiellement saturés
Pascal Dimaiolo : Pascal Dimaiolo a déplacé la page Étude micromécanique de la transition des régimes hydriques dans les sols granulaires partiellement saturés vers [[Wikibardig:Étude micromécanique de la transition des régimes hydriques dans les sols granu...

__TOC__

==Contexte général==

Depuis la révolution industrielle, la Terre subit des changements climatiques majeurs, se traduisant par une montée du niveau de la mer, ce qui engendre un risque crucial pour les communautés côtières. Afin d'éviter les catastrophes d'inondation, les êtres humains ont eu une idée de génie de construire ce que l'on appelle aujourd'hui : les digues.

Les digues en remblai sont généralement construites à partir de matériaux granulaires compactés et se trouvent souvent dans des conditions de saturation partielle, ce qui confère à leurs matériaux une certaine cohésion bénéfique pour leur résistance mécanique dite cohésion capillaire. Cependant, lorsque ces matériaux granulaires, situés à la surface de la digue, sont exposés à des cycles de séchage et de mouillage, typiquement provoqués par la variation de pression entre l'amont et l'aval de la digue, ils peuvent devenir vulnérables et risquent de s'effondrer.

On peut ainsi considérer l'eau comme une arme à double tranchant : en quantité modérée dans le sol, elle favorise sa cohésion, mais en cas d'absence ou d'excès, la cohésion capillaire disparaît. Ces fluctuations sont généralement engendrées par plusieurs facteurs, tels que des précipitations intenses, des vagues de chaleur, les marées ou encore les tempêtes, des phénomènes malheureusement de plus en plus fréquents dans un contexte de changement climatique.

Aujourd'hui, il est admis que les instabilités des digues au niveau macroscopique sont dues à des instabilités microscopiques [1]. Avant d'étudier ces instabilités microscopiques, il est indispensable de comprendre, dans un premier temps, la physique et la mécanique des milieux partiellement saturés, ainsi que l'impact crucial des fluctuations de la teneur en eau sur la cohésion capillaire de ces sols.
La présente thèse s'inscrit dans le cadre du projet StabDigue, financé pour une durée de cinq ans par la région Nouvelle-Aquitaine, pour l'étude de la stabilité des digues en remblai partiellement saturées. Cette thèse de doctorat est motivée par '''plusieurs questions clés qui seront abordées''' :

*Peut-on modéliser et prédire les conséquences sur la stabilité mécanique des sols granulaires dues au changement la teneur en eau ?
*Comment les cycles de mouillage/séchage vont-ils affecter les propriétés hydromécaniques des sols granulaires ?
*Est-il possible d'interpréter ces changements hydromécaniques en terme de microstructure sous-jacente ?

==Les lacunes dans la littérature, motivations de cette étude et objectifs==

La problématique centrale réside dans le fait que la physique des sols partiellement saturés se situe à l'échelle des pores et des grains solides, ce qui requiert une étude microstructurale pour analyser les interactions entre les phases solide-liquide-gaz et leur impact sur le comportement global d'un sol partiellement saturé. La grande majorité des études, qu'elles soient expérimentales, analytiques ou numériques, dans la littérature, se sont focalisées sur les configurations se trouvant dans le régime pendulaire [2]–[9]. Aujourd'hui, le régime pendulaire est bien compris par les géomécaniciens et les chercheurs. Cependant, ce régime ne représente qu'une petite portion des sols non-saturés. Ces derniers se trouvent généralement dans les régimes funiculaire et capillaire. Hélas, la plupart des études dans la littérature ont été consacrées uniquement au régime pendulaire. Lorsque le régime funiculaire est étudié pour les triplets, les chercheurs se sont contentés d'utiliser des critères géométriques, souvent analytiques, afin de modéliser la coalescence ou la rupture des ponts capillaires [10], [11]. Ces critères géométriques, aussi pratiques soient-ils, rendent la modélisation des milliers de particules en régime funiculaire et capillaire quasi-impossible.

Pour s'affranchir de ces approximations et pour modéliser des milieux granulaires partiellement saturés pour tous les régimes possibles, nous proposons un couplage entre la méthode aux éléments discrets dite DEM pour simuler le squelette solide en forme de particules sphériques et la méthode de Boltzmann sur réseau dite LBM afin de modéliser les ponts capillaires eau-air entre les particules solides.
Concernant la LBM, un code maison a été développé sur des cartes GPU (Graphical Processing Units) qui est basé sur la résolution des équations Navier-Stokes et Allen-Cahn afin de prendre en compte l'interface eau-air des ponts capillaires. En ce qui concerne la DEM, le logiciel à accès libre YADE a été utilisé [12].

==Validation numérique et résultats==

Avant de s’attaquer à l’étude du matériau en considérant un volume élémentaire représentatif (VER), plusieurs benchmarks et validations ont été nécessaires pour le modèle LBM, notamment en ce qui concerne la prédiction précise de la forme des ponts capillaires ainsi que les forces associées. A l’équilibre mécanique de la simulation LBM, les formes des ponts capillaires entre deux grains solides sphériques coïncident parfaitement avec la solution théorique de l’équation de Young-Laplace. De plus, les résultats trouvés par la LBM montrent qu’elle est capable de retrouver l’inversion de signe de la courbure moyenne H quand la distance de séparation entre les deux particules augmente. En outre, une nouvelle expression numérique pour le calcul des forces capillaires entre des grains sphériques a été proposée. Cette nouvelle formulation a montré ses capacités à calculer de façon assez précise les forces capillaires résultant des ponts capillaires isolés et coalescents entre deux et trois particules sphériques, en les comparant avec des résultats expérimentaux et numériques dans la littérature. L’avantage de l’approche LBM est sa capacité à modéliser la fusion des ponts capillaires de façon intrinsèques sans avoir besoin de passer par des critères de fusion géométrique. Ainsi, ces résultats montrent que la LBM est capable de modéliser le passage du régime pendulaire au régime funiculaire.

Ensuite, le couplage DEM-LBM est mis en place pour explorer les caractéristiques des assemblages granulaires partiellement saturés pour tous les régimes capillaires. Nous avons pu retrouver la forme classique de la courbe de rétention qui est définie par l’évolution de la succion en fonction du degré de saturation. De plus, l’évolution de la contrainte capillaire moyenne, qui pourrait être considérée comme étant la cohésion apparente, a été tracée en fonction du degré de saturation. Nous observons une augmentation de la contrainte capillaire moyenne avec l’augmentation du degré de saturation jusqu’à un certain seuil au-delà duquel la contrainte capillaire moyenne diminue pour atteindre zéro lorsque le système devient complètement saturé. Par ailleurs, nous avons également démontré que le paramètre de Bishop pour les contraintes effectives n’est jamais égal au degré de saturation. Ces derniers résultats ont été comparés avec des données numériques déjà existantes dans la littérature.

Nous avons enfin exploité la pleine capacité du couplage DEM-LBM pour simuler des cycles de séchage (évaporation) et de mouillage (condensation) dans les sols non-saturés. Cela a été réalisé à la fois sur de petits assemblages granulaires composés de trois et quatre particules sphériques, ainsi que sur des VER constitués de quelques milliers de grains. Tout d'abord, pour les trois particules sphériques, nous avons réussi à reproduire avec succès les sauts (chutes) des forces capillaires, estimées à 30% au moment de la coalescence (rupture) des ponts capillaires. Ceci est démontré dans le cas des trois particules sphériques, tel qu'illustré sur la Figure (1) et nous avons ensuite comparé ces résultats avec des études expérimentales et théoriques [13], [14]. Un autre résultat assez remarquable est que nous avons constaté que, pour une même configuration et un même angle de mouillage, le volume auquel les ponts se fusionnent est différent de celui auquel les ponts se rompent, phénomène appelé l'hystérésis. En effet, nous avons observé que lors de la coalescence, la fusion n'aura lieu que si les interfaces capillaires se touchent. En revanche, la rupture des ponts capillaires se produit quand l'épaisseur du pont, dans le plan passant par les centres des particules sphériques, devient nulle.

A l'échelle du VER, nous avons mis en évidence que la succion et la contrainte moyenne sont plus élevées lors de l’évaporation que celles qui ont été observées lors la condensation pour le même angle de mouillage comme le montre la Figure 2. Nous avons également montré que la contrainte capillaire moyenne (cohésion apparente) devient nulle quand le système devient complètement sec ou saturé, comme observé précédemment.

[[File:Evolution de la force capillaire.png|300px]]

Figure 1 : L'évolution de la force capillaire Ff [mN] en fonction du volume d'eau [μL]

[[File:2.png|550px]]

Figure 2 : Les évolutions (a) de la contrainte capillaire moyenne p^cap [kPa] et (b) de la succion s [kPa] en fonction du degré de saturation Sr [%]

==Conclusion et perspectives==

Pour rappel, l'étude bibliographique effectuée dans ce mémoire a mis en évidence d'importantes lacunes dans la compréhension des milieux granulaires partiellement saturés, notamment le fait que la plupart des études se sont concentrées uniquement sur le régime pendulaire. Par conséquent, l'objectif principal de cette thèse était de développer un modèle numérique capable de simuler les matériaux granulaires partiellement saturés pour tous les régimes possibles : pendulaire, funiculaire et capillaire. Cela a justifié le choix d'utiliser le modèle DEM-LBM, capable de modéliser facilement cette transition entre les régimes, pour étudier et exploiter les milieux granulaires partiellement saturés.

Les perspectives de ces '''travaux sont nombreuses et peuvent-être résumés en quelques points''' :

'''4.1 Existence d'une contrainte effective

L'existence de la contrainte effective est depuis longtemps un problème ouvert et majeur pour les géomécaniciens à la fois sur le niveau numérique et expérimental. L'existence de la contrainte effective n'a été justifiée que dans le régime pendulaire lors de la rupture de l'échantillon, c-à-d à la limite plastique. Cependant, la réponse reste malheureusement en suspens pour les régimes funiculaire et capillaire. C'est là où le couplage DEM-LBM entre en jeu afin d'étudier plus en détail cette question dans tous les régimes possibles.

'''4.2 Instabilités à l'échelle du VER

Dans le cadre du projet StabDigue, l'étude la plus cruciale concerne la détermination quantitative des instabilités des sols granulaires partiellement saturés soumis à des cycles de mouillage/séchage. Cet aspect peut être abordé en utilisant le soi-disant critère du travail du second ordre W^2 [1], capable de décrire de manière précise l'effondrement des sols granulaires secs. En utilisant le couplage DEM-LBM ainsi que les expressions analytiques récemment dérivées par [15], nous avons l'opportunité de calculer de façon précise le W^2 pour tous les régimes possibles.

'''4.3 Couplage avec des approches macroscopiques

La modélisation des digues en utilisant le couplage DEM-LBM avec des millions de particules, semble impossible et irréalisable en raison du calcul très intensif. Pour surmonter ce problème, il est envisageable d'intégrer le modèle DEM-LBM avec une méthode macroscopique telle que la méthode des éléments finis (FEM), la méthode des différences finies (FDM) ou la méthode du point matériel (MPM). Actuellement, en parallèle de ma thèse, des chercheurs à l'Université de La Rochelle explorent la possibilité d'utiliser le DEM-LBM comme une loi de comportement pour modéliser, à l'échelle réelle, les digues en remblai.

Pour conclure, le couplage DEM-LBM a montré ses capacités à analyser finement, la physique des matériaux granulaires partiellement saturés à l'échelle macroscopique, et plus particulièrement les transitions fluides entre les régimes capillaires. Ce modèle numérique nous permis de comprendre des aspects qui pourraient sinon rester inaccessibles dans des expériences de laboratoire. Nous pourrons avec ce fameux modèle de repousser les limites de notre compréhension des sols partiellement saturés. Nous pourrons également proposer des solutions aux paradoxes actuelles et contribuer au développement de la géomécanique dans son entièreté.

==Références==

[1] R. Wan, F. Nicot, and F. Darve, Failure in geomaterials: a contemporary treatise. Oxford: Elsevier, 2017.

[2] L. Scholtes, “Modélisation micromécanique des milieux granulaires partiellement saturés,” PhD thesis, Institut National Polytechnique de Grenoble-INPG, 2008.

[3] L. Scholtès, B. Chareyre, F. Nicot, and F. Darve, “Micromechanics of granular materials with capillary effects,” International Journal of Engineering Science, vol. 47, no. 1, pp. 64–75, Jan. 2009, doi: 10.1016/j.ijengsci.2008.07.002.

[4] L. Scholtès, P. ‐Y. Hicher, F. Nicot, B. Chareyre, and F. Darve, “On the capillary stress tensor in wet granular materials,” Num Anal Meth Geomechanics, vol. 33, no. 10, pp. 1289–1313, Jul. 2009, doi: 10.1002/nag.767.

[5] J. Duriez and R. Wan, “Stress in Wet Granular Media with Interfaces via Homogenization and Discrete Element Approaches,” J. Eng. Mech., vol. 142, no. 12, p. 04016099, Dec. 2016, doi: 10.1061/(ASCE)EM.1943-7889.0001163.

[6] J. Duriez and R. Wan, “Contact angle mechanical influence in wet granular soils,” Acta Geotech., vol. 12, no. 1, pp. 67–83, Feb. 2017, doi: 10.1007/s11440-016-0500-6.
[7] J. Duriez, M. Eghbalian, R. Wan, and F. Darve, “The micromechanical nature of stresses in triphasic granular media with interfaces,” Journal of the Mechanics and Physics of Solids, vol. 99, pp. 495–511, Feb. 2017, doi: 10.1016/j.jmps.2016.10.011.

[8] J. Duriez and R. Wan, “A micromechanical μ UNSAT effective stress expression for stress-strain behaviour of wet granular materials,” Geomechanics for Energy and the Environment, vol. 15, pp. 10–18, Sep. 2018, doi: 10.1016/j.gete.2017.12.003.

[9] B. Mielniczuk, O. Millet, G. Gagneux, and M. S. El Youssoufi, “Characterisation of pendular capillary bridges derived from experimental data using inverse problem method,” Granular Matter, vol. 20, no. 1, p. 14, Feb. 2018, doi: 10.1007/s10035-017-0784-8.

[10] M. Miot, G. Veylon, A. Wautier, P. Philippe, F. Nicot, and F. Jamin, “Numerical analysis of capillary bridges and coalescence in a triplet of spheres,” Granular Matter, vol. 23, no. 3, p. 65, Aug. 2021, doi: 10.1007/s10035-021-01127-0.

[11] F. Z. E. Korchi, “Approche expérimentale multi-échelle de l’effondrement capillaire de sols granulaires,” Université de Montpellier, 2017.

[12] V. Smilauer et al., “Yade Documentation,” 2023, doi: 10.48550/ARXIV.2301.00611.

[13] J.-P. Gras, “Approche micromécanique de la capillarité dans les milieux granulaires: rétention d’eau et comportement mécanique,” PhD thesis, Université de Montpellier II-Sciences et Techniques du Languedoc, 2011.

[14] G. Gagneux and O. Millet, “An analytical framework for evaluating the cohesion effects of coalescence between capillary bridges,” Granular Matter, vol. 18, no. 2, p. 16, May 2016, doi: 10.1007/s10035-016-0613-5.

[15] M. Eghbalian, M. Pouragha, and R. Wan, “Micromechanical formulation of first‐ and second‐order works in unsaturated granular media,” Num Anal Meth Geomechanics, vol. 47, no. 7, pp. 1152–1174, May 2023, doi: 10.1002/nag.3509.

lundi 4 décembre 2023

Fosse à bâtards (HU)
Bernard Chocat : Page créée avec « ''Traduction anglaise : Rectangular sand trap, Rectangular grit chamber'' Dernière mise à jour : 04/12/2023 Nom donné à certains [[Dessableur (HU)|des... »

''Traduction anglaise : Rectangular sand trap, Rectangular grit chamber''

Dernière mise à jour : 04/12/2023

Nom donné à certains [[Dessableur (HU)|dessableurs]] rectangulaires installés en entrée des stations d'épuration ; on parle également de dessableurs "couloirs".

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
[[Catégorie:Epuration_des_eaux_usées_(HU)]]
[[Catégorie:Ouvrages_de_dégrillage,_dessablage_et_déshuilage_(HU)]]
Biote (HU)
Bernard Chocat :

''Traduction anglaise : Biota''

Dernière mise à jour : 04/12/2023

Être vivant (plante, micro-organisme, animal, etc.), ou ensemble d'êtres vivants, présents dans un lieu ou un secteur donné.

==Différence entre biote et biocénose==

Si en anglais on utilise le même terme pour les deux notions (''biota''), il existe cependant plusieurs différences entre les deux termes :
* Un biote appartient à une région qui peut être définie sans référence spécifique à un [[Ecosystème (HU)|écosystème]] (cette région peut correspondre à une partie d'un écosystème, à un écosystème réel, ou à plusieurs écosystèmes) alors que la biocénose est définie obligatoirement par rapport à un écosystème spécifique.
* un biote est un échantillon plus ou moins important des êtres vivants de la zone étudiée : ce peut être un seul organisme ou la totalité des organismes de la zone ; la biocénose représente l'ensemble des êtres vivants de l'écosystème, considéré comme un tout, c'est à dite en prenant en compte son organisation, son fonctionnement et l'ensemble des inter-relations.
* la description du biote ne prend en compte que le côté organique des espèces, la biocénose prend en compte le côté organique mais également le côté fonctionnel.

Pour résumer un biote constitue un échantillon organique, plus ou moins complet, d'une ou plusieurs biocénoses appartenant à tout ou partie d'un ou plusieurs écosystèmes.

Voir : [[Biocénose aquatique (HU)]].

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[[Catégorie:Milieu_naturel_et_écosystème,_composants_du_milieu_(HU)]]

samedi 2 décembre 2023

SEI (HU)
Bernard Chocat : Page créée avec « Sigle pour Station d’Épuration Individuelle. Catégorie:Dictionnaire_DEHUA [[Catégorie:Assainissement_non_collect... »

Sigle pour [[Station d'épuration individuelle / SEI (HU)|Station d’Épuration Individuelle]].

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
[[Catégorie:Assainissement_non_collectif_(HU)]]
Station d'épuration individuelle / SEI (HU)
Bernard Chocat : Page créée avec « ''Traduction anglaise : '' Dernière mise à jour : 02/12/2023 Partie traitement d'une installation d'[[Assainissement non collectif / ANC (HU)|assainisse... »

''Traduction anglaise : ''

Dernière mise à jour : 02/12/2023

Partie traitement d'une installation d'[[Assainissement non collectif / ANC (HU)|assainissement non collectif]]. Ce terme est surtout utilisé en Belgique (SPGE, 2019).

Bibliographie :
* SPGE (2019) : Guide de mise en œuvre d'un système d'épuration individuelle ; 12p. ; disponible sur [https://sigpaa.spge.be/getattachment/4c9db486-271a-49ed-9ce4-cb349670f9f0/Brochure-du-guide-de-mise-en-oeuvre-d-un-systeme-d.aspx https://sigpaa.spge.be].

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
[[Catégorie:Assainissement_non_collectif_(HU)]]
Eau ménagère (HU)
Bernard Chocat :

''Traduction anglaise : Grey water''

Dernière mise à jour : 02/12/2023

Les eaux ménagères regroupent les [[Eau grise (HU)|eaux grises]] et les eaux de cuisine.

Attention : Le terme anglais ''grey water'' ne fait pas la différence entre les eaux grises et les eaux ménagères.

Ces eaux doivent normalement être épurées avant leur rejet au milieu naturel. La présence d'huiles ou de graisses provenant des cuisines rend plus difficile, voire interdit, leur réutilisation à l'intérieur de la maison (par exemple pour alimenter les chasses d'eau).

Voir également : [[Eau usée (HU)|Eau usée]].

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
[[Catégorie:Généralités_sur_l'eau_(HU)]]
[[Catégorie:Eau_usée_et_eau_parasite_(HU)]]

vendredi 1er décembre 2023

Toilettes sèches (HU)
Bernard Chocat :

''Traduction anglaise : dry toilets''

Dernière mise à jour : 02/12/2023

Dispositif d'[[Assainissement non collectif / ANC (HU)|assainissement non collectif]] fonctionnant sans eau et sans transport ; les résidus des toilettes sèches sont généralement traités sur la parcelle par [[Compostage (HU)|compostage]] ; l’utilisation de toilettes sèches doit être associée à une filière de traitement des [[Eau ménagère (HU)|eaux ménagères]] ([[Eau grise (HU)|eaux grises]] plus eaux provenant des cuisines).

==Différents types==

Il existe deux types principaux de toilettes sèches selon que l'on sépare ou non les fèces et l'urine à la source (''figure 1'').

[[File:toilettes_seches_pananc.JPG|800px|center|thumb|''Figure 1 : Différents types de toilettes sèches ; Source : Ministère de l'Écologie, du Développement durable et de l’Énergie (2012) '']]

===Toilettes unitaires===

En l'absence de séparation, on parle de toilettes unitaires. Ce type de toilettes peut fonctionner de deux façons différentes (Ministère de l'Écologie, du Développement durable et de l’Énergie; 2012) :
* Dans les toilettes unitaires à sciure (on parle parfois de Toilettes à Litière Biomaîtrisée ou TLB), les excréments tombent par gravité dans une chambre de compostage ou un réceptacle ; l’ajout de litière avant la mise en service ainsi qu’après chaque utilisation a notamment pour effet d’absorber les liquides et de bloquer les odeurs.
* Dans le cas des toilettes unitaires à séparation gravitaire, les excréments tombent aussi par gravité dans une chambre de compostage ou un réceptacle. Les urines percolent vers le bas du composteur où elles sont évacuées vers un dispositif de traitement dédié. Les matières fécales sont hygiénisées par compostage ou [[Lombricompostage (HU)|lombricompostage]], soit à l’intérieur du réceptacle ou de la chambre de compostage, soit sur une aire extérieure.

===Toilettes à séparation à la source===

Le principe consiste à récupérer séparément l'urine et les matières fécales. Les fèces sont collectées dans un réservoir de stockage pour un compostage ultérieur. Les urines seules peuvent être valorisées (voir [[Collecte séparée des urines (HU)]]).

Comme les urines représentent 90% du volume des excréments, cette solution permet d’espacer les fréquences de vidange du réservoir de compostage, d'autant qu'elle évite le besoin d'une litière pour absorber les liquides. Elle nécessite cependant des sièges de toilettes spécifiques (''figure 2'').

[[File:Cuvette séparation urine 2.JPG|600px|center|thumb|''Figure 12 : Exemple de cuvette de WC permettant une collecte séparée des urines ; crédit photo Jean Pierre Tabuchi.'']]

==Avantages et inconvénients==
* Absence de consommation d'eau et récupération de ressources ;
* Installation possible pour toute taille d’habitation moyennant un dimensionnement adapté ;
* Installation possible dans le cas d'une utilisation intermittente (résidence secondaire par exemple) ;
* Filière sans bruit ni consommation électrique (sauf en cas de recours à un poste de relevage) ;
* Installation possible en zones à usages sensibles en l'absence d'une réglementation locale spécifique ;

Mais :
* Nécessité d'une autre filière pour les eaux ménagères ;
* Sujétions d'installation possibles (un dispositif de ventilation forcé pour assurer le contrôle des odeurs, espace disponible sous les toilettes pour récupérer les excréments) ;
* Contraintes d'entretien (récupération et gestion des matières).

Bibliographie :
* Ministère de l'Écologie, du Développement durable et de l’Énergie (2012) : Assainissement non collectif : Guide d’information sur les installations destiné aux usagers ; 47p. ; disponible sur [https://www.assainissement-non-collectif.developpement-durable.gouv.fr/IMG/pdf/12032_ANC_Guide-usagers_complet_02-10-12_light_cle1713de.pdf https://www.assainissement-non-collectif.developpement-durable.gouv.fr]

Pour en savoir plus :
* Toilettes du monde (2009) : Des toilettes sèches à la maison ... comment les choisir, les installer et les utiliser ; 81p. ; disponible sur le [https://reseau-assainissement-ecologique.org/wp-content/uploads/2020/04/guide-tdm-toilettes-seches-maison.pdf site du Réseau Assainissement Ecologique].

[[Catégorie:Dictionnaire_DEHUA]]
[[Catégorie:Assainissement_non_collectif_(HU)]]
[[Catégorie:Récupération_et_réutilisation_ressources_(HU)]]

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Le site du Collectif du lac de Créteil.

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