Soutenance mémoire
En France, à côté du débordement des cours d’eau, le ruissellement est l’une des principales causes des inondations. Il représente 45% des dommages assurés par la Caisse Centrale de Réassurance (Poulard et al., 2015). Sur 143000 arrêtés de catastrophes naturelles, le ruissellement représente 43% des inondations graves pour la période de 1982-2010 (Breil et Chiavarino, 2015). De nombreux acteurs, principalement l’État, les Collectivités territoriales et les chambres d’agriculture travaillent sur ce sujet. Ils interviennent, notamment dans la prévention du risque de ruissellement (ministère de l’écologie, du développement et de l’aménagement durables, 2006). De plus, des textes de loi encadrent ce problème ; tel est le cas de la loi sur l’eau qui vise à la maitrise des eaux de ruissellement dans son article du 3 janvier 1992 (PPR, 2004 ; CEPRI, 2014). Malgré certains évènements qui ont marqué les esprits comme celui de Nîmes en 1988, de Vaison-la-Romaine en 1992 et ceux de la Seine-Maritime en 1998, 1999 et 2000 (ministère de l’écologie, du développement et de l’aménagement durables, 2006), Breil et Chiavarino (2015) constatent que les dégâts qui sont imputables au problème du ruissellement, restent sous-estimés (Breil et Chiavarino, 2015).
Afin de limiter les conséquences dues à cet aléa, une représentation cartographique des aléas liés aux inondations par ruissellement intense pour la France entière a été réalisée en 2016 par Irstea (Institut de recherche scientifique et technologique sur l’eau et l’agriculture)-Lyon à partir de la méthode d’Indicateur de Ruissellement Intense Pluvial (IRIP). La méthode IRIP est qualitative. Elle est basée sur une analyse de la dynamique du ruissellement, divisée en zone contributive, zone de transfert et zone d’accumulation, à partir de différentes couches d’informations géographiques issues de l’exploitation des paramètres physiques tels que la topographie, la géologie, la pédologie et l’occupation du sol. Elle ne tient pas compte des événements météorologiques (pluies) dans sa mise en œuvre (Breil et al., 2016). Or, sans événement pluvieux, le ruissellement ne peut être généré.
Contexte de l’étude et éléments de littérature
Les précipitations
Les précipitations constituent la principale entrée des systèmes hydrologiques continentaux que sont les bassins versants. Elles sont classées en trois types à savoir, les précipitations frontales, orographiques et convectives. Les précipitations frontales sont longues, étendues, mais peu intenses. Les précipitations orographiques présentent une intensité et une fréquence assez régulières. Les précipitations convectives ont un caractère orageux, de courte durée, de forte intensité et de faible extension spatiale (Anctil et al., 2005 ; Lazri, 2014). Dans la littérature, plusieurs auteurs les qualifient d’intenses, car elles peuvent apporter en 4 heures plus d’eau que la moyenne mensuelle en un lieu donné (Anctil et al., 2005; Lazri, 2014 ; Godart, 2009).
Climatologie
La France bénéficie d’un climat tempéré et connaît une pluviométrie répartie tout au long de l’année (Godart, 2009). Les régions connaissent des climats variant selon leur latitude, leur altitude et la proximité de la mer, renforcés par leur position par rapport aux trois importants massifs montagneux (Pyrénées, Massif central, Alpes) (Anctil et al., 2005).
Ainsi, chaque type de climat français , présente des caractéristiques pluviométriques spécifiques. Le climat océanique a une pluviométrie relativement abondante, répartie toute l’année avec un léger maximum d’octobre à février. Les pluies sont les plus souvent du type frontal, alors que le climat océanique altéré est caractérisé par une pluviométrie plus faible qu’en bord de mer, sauf aux abords des reliefs (Météo-France, 2017). Le climat semi-continental connaît une pluviométrie annuelle relativement élevée, sauf en Alsace avec des pluies plus importantes en été, souvent à caractère orageux. En climat de montagne, les précipitations varient selon le lieu (Godart, 2009). On rencontre souvent dans ce type de climat des pluies convectives qui sont en général renforcés par la présence des reliefs. Enfin, le climat méditerranéen est caractérisé par des pluies fortes ou convectives ayant des fréquences annuelles relativement faibles (Météo-France, 2017).
Signalons que le présent projet s’intéresse aux pluies fortes. Cependant, la connaissance de la pluviométrie générale voire les cumuls des pluies de faibles intensités, sont extrêmement importants pour d’autres applications (par exemple pour l’agriculture ou les ressources en eau). Pour parvenir à caractériser les précipitations, il faut bien entendu disposer de données à analyser. Dans les points suivants, nous parlerons de mesure des précipitations et nous mettrons un accent plus particulier sur les lames d’eau radar. Les pluies intenses qui font l’objet de notre étude seront aussi abordées .
Mesure des précipitations
La mesure de la pluie reste un enjeu de l’hydrologie. Elle consiste à quantifier l’eau tombée durant un certain laps de temps (Lazri, 2014).
Généralement, les précipitations sont exprimées en hauteur ou lame d’eau précipitée par unité de surface horizontale (mm où 1mm= 1 l/m2). Si on rapporte cette hauteur d’eau à l’unité de temps, il s’agit d’une intensité (mm/h) (Lazri, 2014 ; Météo-France, 2017). Il existe deux grandes familles d’instruments de mesure des précipitations à savoir, ceux qui mesurent les précipitations au sol ponctuellement (les pluviomètres et les pluviographes), et ceux qui opèrent à distance (radars météorologiques et satellites météorologiques) (Météo-France, 2017 ; Anctil et al., 2005). Parmi ces instruments, le pluviomètre et le radar météorologique sont les plus utilisés et nous les décrirons dans les paragraphes qui suivent.
Les pluviomètres
Les pluviomètres sont des instruments de base qui fournissent une mesure directe et ponctuelle des hauteurs d’eau précipitées au sol (Emmanuel, 2011). Ils présentent une bonne précision en termes de quantité de pluie au sol, mais en revanche, ne représentent qu’une zone restreinte autour du pluviomètre. Si on considère un réseau de pluviomètres, la répartition spatiale de la pluie n’est donc que partiellement connue, puisqu’entre deux pluviomètres il n’y a pas d’information collectée (Caseri, 2017). En raison des coûts d’exploitation, le réseau n’est pas aussi dense que l’on pourrait le souhaiter et il peut arriver qu’une précipitation orageuse ne soit pas détectée (Emmanuel, 2011 ; Anctil et al., 2005).
Dans le but de connaître la fréquence des événements pluviométriques extrêmes pour approcher l’aléa d’inondation qui en découle, des réseaux de stations automatisées ont été mis en place depuis la fin des années 1980 en France . La résolution temporelle des mesures peut descendre à 6 minutes, voire 1 minute (Météo-France, 2017). En complément aux pluviomètres ponctuels, mais offrant une résolution temporelle fine, les radars météorologiques que nous décrirons par la suite se caractérisent par des données spatialisées via des mesures indirectes.
Le radar météorologique
Le terme « radar » est l’acronyme de l’expression anglaise « Radio detection and ranging » (détection par ondes radio et mesure de distance) (Delobbe, 2006). Le radar météorologique fournit une vision spatiale détaillée des champs pluvieux et permet ainsi d’en effectuer le suivi en temps réel (Emmanuel, 2011). La mesure indirecte des intensités pluvieuses à une résolution spatio-temporelle fine que fournissent les radars est obtenue par la mesure de la puissance de l’écho renvoyé par les cibles présentes dans l’atmosphère (Delobbe, 2006). Le produit de base fourni par cette mesure est une image des précipitations générée en temps réel toutes les 5 minutes.
Utilisation des données radar météorologique
Un certain nombre de services opérationnels (privés et étatiques) disposent des images de radars du réseau Météo-France . Certains en font un usage qualitatif pour surveiller en temps réel l’évolution des précipitations sur l’agglomération (Emmanuel, 2011). D’autres les intègrent à la gestion des systèmes d’assainissement ou à la gestion des rivières urbaines dont ils ont la charge (Andrieu et Emmanuel, 2013). Actuellement, Météo-France s’en sert pour donner des alertes à temps réel (10 minutes) sur une partie du territoire. Autrement dit, sur le site de Météo-France on peut trouver des alertes des pluies pour toutes les 10 minutes par commune (Météo-France, 2017).
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1. CONTEXTE DE L’ETUDE ET ELEMENTS DE LITTERATURE
1.1. Les précipitations
1.1.1 Climatologie
1.1.2 Mesure des précipitations
1.1.2.1 Les pluviomètres
1.1.2.2 Le radar météorologique
1.1.3 Les pluies intenses
1.2. Le ruissellement
1.2.1 Les processus et facteurs du ruissellement
1.2.1.1 Les processus du ruissellement
1.2.1.2 Les facteurs du ruissellement
1.2.2 La méthode d’indicateur de ruissellement intense pluvial (IRIP)
1.2.2.1 Principe de la méthode IRIP
1.2.2.2 Exemples d’application de la méthode IRIP
CHAPITRE 2. MATERIELS ET METHODES
2.1. Présentation des données
2.2. Présentation de l’interface des lames d’eau radar
2.3. Approche statistique
2.3.1 Filtrage de données
2.3.1.1 Filtrage par seuil
2.3.1.2 Analyse géostatistique
2.3.2 Analyse régionale des précipitations
2.3.2.1 Détermination des régions homogènes
2.3.2.2 Sélection d’une loi statistique régionale, estimation des paramètres et détermination des quantiles
CHAPITRE 3. RÉSULTATS :Statistiques et cartographiques
3.1 Statistique
3.1.1. Résultats du filtrage des données
3.1.1.1. Variogrammes des pluies
3.1.1.2.Image radar avant et après le filtrage
3.1.2. Cas d’étude : Echantillon sup-seuil d’une chronique des pluies dans le département de l’Ardèche
3.1.3. Les courbes : IDF, PDF, PDAF
3.1.3.1. Les courbes IDF
3.1.3.2 Les courbes PDF
3.1.3.3 Les courbes PDAF
3.2. La cartographie
3.2.1. Les cartes rasters des quantiles
3.2.2. Cartographie des quantiles des pluies
CHAPITRE 4. DISCUSSION ET PERSPECTIVES
4.1 Qualité des données de base et validation des résultats
4.1.1 Qualité des données de base
4.1.2 Validation des résultats
4.2 Intérêts et limites de la méthodologie
4.2.1 Intérêts
4.2.2 Limites
4.3 Perspectives d’amélioration
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
