B.5 - Crues des rivières alpines

Partenariat et coordinateur

Partenariat :
DREAL Rhône-Alpes, Regione Piemonte, Région autonome Vallée d'Aoste, Canton du Valais.

Coordinateur : Secondo Barbero - ARPA Piemonte
email: s.barbero@arpa.piemonte.it

Objectifs

Pour les grandes rivières alpines, l'objectif est d'améliorer les systèmes intégrés de prévision des crues en temps réel, existant ou en projet, de façon à aider la prise de décision par les services opérationnels. Le délais de prévision visé est de 24 à 48h pour des bassins de 5 à 10 000 km² (l'Isère à Grenoble - 5 720 km², le Rhône au lac Léman - 5 220 km²) et de 12-24 heures pour des bassins de 1000 à 3000 km² (les affluents du Pô dans le Piémont et la Vallée d'Aoste).

Description des actions

B.5.1 Développement et amélioration des systèmes de prévision des crues des rivières alpines.

Phase 1 : mise en place d'un système d'échange de données

  • Rédaction d'un protocole d'échange
  • Echanges en temps réel : mise en place d'un site FTP sécurisé pour les échanges de -
    données hydrologiques et météorologiques.
  • Études statistiques : comparaison de méthodes d'estimation des périodes de retour
    (GRADEX, SCHADEX, VAPI).

Phase 2 : amélioration des modèles hydrologiques

  • a) Impact du relief sur les lames d'eau de bassin
    L'estimation des lames d'eau de bassin versant reste soumise à de grandes incertitudes notamment liées aux reliefs. L'objectif est de développer des outils pour les interpolations robustes, capable de fournir une estimation fiable de précipitations dans les régions montagneuses. Les outils développés seront essentiellement basés sur le réseau de capteurs au sol en prenant en compte le modèle numérique d'altitude et la classification des types de situation météorologique.
  • Intégration des ouvrages hydro-électriques
    Les Alpes sont équipées de nombreux ouvrages hydroélectriques. Le stockage de l'eau dans les barrages et les dérivations vers les usines jouent un rôle important dans la régulation des débits des cours d'eau. En période de crues importantes, les aménagements sont prioritairement gérés pour assurer la sécurité des ouvrages et sont le plus souvent transparents vis à vis de la crue. Dans la modélisation hydrologique des bassins des rivières alpines majeures, seuls certains sous-bassins peuvent être en crue et par conséquent la connaissance du comportement des aménagements est indispensable pour la prévision en aval. Les aménagements sont composés d'ouvrages très différents (prises d'eau, barrages, dérivations, usines, ...) ayant des impacts plus ou moins marqués. L'objectif est donc de trouver l'architecture de modèle la plus optimale, meilleur compromis entre simplicité, robustesse et prise en compte de l'impact sur les débits. Plusieurs architectures de modèle hydrologique (représentation individuelle des tous les ouvrages, représentation individuelle des principaux ouvrages et représentation globale des petits ouvrages...) seront testées sur une partie de bassin (ex: la Haute Isère en Tarentaise) afin de définir une solution optimale à généraliser à l'ensemble du territoire.
  • Simulation de la rétention et de la fusion nivale
    Les neiges qui s'accumulent l'hiver et fondent progressivement au cours du printemps et de l'été constituent la caractéristique majeur du régime hydrologique des principales rivières alpines. L'accumulation du couvert neigeux peut représenter un facteur d'atténuation des risques de crue en limitant la contribution effective du volume de précipitations liquides. Mais cette accumulation peut devenir un facteur aggravant lorsqu'un réchauffement rapide ou un épisode de pluie sur neige entraînent une fonte rapide des réserves accumulées sur les versants et peuvent causer des crues inattendues. L'évolution du manteau neigeux peut être prise en compte par des méthodes simples de type degré-jours ou passer par un bilan énergétique complet. Comme pour les ouvrages hydro-électriques, l'objectif est donc de trouver une représentation optimale de l'évolution du manteau neigeux à des pas de temps infra-journalier, meilleur compromis entre simplicité, robustesse et prise en compte de l'impact sur les débits. L'approche degré-jour sera envisagée de manière globale ou semi-distribuée par bande d'altitude. L'approche énergétique s'appuiera sur les outils existants:
    - CROCUS : plusieurs couches de neige, semi distribué par bande d'altitude et par massif (Météo-France)
    - FEST WB: une seule couche de neige, distribué (Politecnico Milano)
    - SRAM: semi distribué (Vallée d'Aoste)
    Ces approches seront testées et comparées sur des parties de bassin suffisamment peu influencées par des ouvrages hydro-électriques (ex: bassin des Dorons dans le massif de la Vanoise sur l'Isère; petits bassins de montagne en amont des aménagements hydroélectriques) afin de définir une solution optimale à généraliser à l'ensemble du bassin.
  • Couplage opérationnel entre les modèles hydrologiques et hydrauliques
    Plusieurs cours d'eau alpins majeurs disposent d'un système d'endiguement, au moins dans leur partie aval. La prise en compte des phénomènes de déversement et de rupture de digue dans la propagation des crues est une réelle difficulté. L'utilisation d'un modèle hydraulique incluant la zone inondable permet de mieux appréhender ce type de
    phénomène. Cependant le passage en opérationnel de ce type d'outils est soumis à des contraintes fortes. L'objectif est donc de mener une réflexion, pour un nouveau modèle, sur la base du modèle hydraulique (Carima) de la plaine du Grésivaudan.

Phase 3 : gestion des incertitudes dans la prévision des crues

  • Utilisation de prévisions météorologiques probabilistes
    L'anticipation visée de 12 à48h pour les bassins versants considérés nécessite l'utilisation de prévisions météorologiques. L'incertitude des prévisions météorologiques joue un rôle important dans la chaîne de la prévision des crues. L'objectif est d'évaluer l'apport d'une analyse probabiliste des prévisions météorologiques pour la prévision des crues. L'aspect probabiliste sera envisagé au travers de deux méthodes:
    - les prévisions d'ensemble: Sur la base des prévisions d'ensemble européennes ou nationales, une analyse de performance sera menée sur les variables nécessaires aux prévisions hydrologiques comme les précipitations ou la limite pluie-neige.
    - Les prévisions quantitatives adaptées par la méthode des analogues:
    La méthode des analogues s'appuie sur l'hypothèse de base que deux situations synoptiques météorologiques données doivent engendrer des effets locaux comparables si elles sont suffisamment similaires. A partir d'une prévision des situations synoptiques issues d'un ou plusieurs modèles météorologiques déterministes, les situations passées analogues sont sélectionnées dans une longue archive de réanalyses météorologiques. L'ensemble des données de précipitations observées lors de ces situations analogues permet d'élaborer des prévisions et de
    quantifier leur incertitude sous forme probabiliste. Cette méthode est déjà utilisée de manière opérationnelle sur le bassin de l'Isère pour des lames d'eau cumulées sur 24 heures. L'objectif est d'appliquer cette méthode à des lames d'eau sur 12h et 6h, notamment pour mieux prendre en compte les problématiques de rétention et de fusion nivale. Cette diminution du pas de temps de cumul s'accompagnera de la création d'indicateurs de confiance à partir de l'analyse des critères d'analogie des situations
    synoptiques. Dans le cas où l'utilisation des prévisions d'ensemble sur les températures de l'air ne donnerait pas entière satisfaction, l'application de la méthode à la prévision de l'isotherme 0°C et de la limite pluie-neige sera envisagée.
  • Application de techniques statistiques / stochastiques pour estimer l'erreur relative des
    prévisions L'incertitude des prévisions peut avoir différentes origines. Ces incertitudes peuvent être liées aux prévisions de précipitation sur le bassin (input uncertainty) et au type de modèle pluie-débit adopté (model uncertainty). L'objectif est de vérifier laquelle de ces deux composantes est prépondérante. Plus précisément, on cherche à mettre au point une technique d'évaluation de la distribution de probabilité de l'erreur de la prévision fonction de variables explicatives définies (erreurs de prévision commises aux pas de temps précédents, débits observés à l'instant de prévision, cumul de précipitation depuis le début de l'événement...). L'évaluation de la distribution de probabilité de l'erreur de prévision sera effectuée en appliquant une approche de type « meta-gaussiens », qui permet de conditionner cette distribution à un nombre arbitraire de variables explicatives.

Phase 4 : Lien avec les utilisateurs des messages d'alerte

  • Utilisation par la sécurité civile
    Durant l'ensemble du projet, l'objectif sera toujours d'évaluer les conditions d'utilisation des résultats par la sécurité civile. Dans la mesure du possible et en concertation avec les acteurs de la sécurité civile, la démarche sera de trouver une traduction opérationnelle et compréhensible des différents résultats.
  • Mise au point d'une méthodologie pour la définition d'un seuil probabiliste de déclenchement de la procédure d'alerte La confrontation entre différents organismes et institutions sur cette problématique peut amener à la détermination d'un seuil et/ou d'une méthodologie pour son identification.

Description des activités effectuées

Vu la complexité du projet, afin d'assurer un bon suivi de l'avancement de toutes les activités, les rapports d'avancement de toutes les activités du projet, explicités des fiches descriptives et des produits, sont publiés dans la section Activité A.1 - Coordination et pilotage du projet stratégique, au fond de la page.

Consultez les rapports d'avancement des activités du projet.

Produits de l'activité

Fondo Europeo di Sviluppo Regionale Alcotra - Insieme oltre i confini Governo italiano Regione Valle d'Aosta Regione Piemonte Rhône-Alpes Dreal Rhône-Alpes
Provincia di Imperia Regione Liguria Région Paca Provincia di Cuneo Conséil Général Alpes Maritimes Dreal PACA
Conseil Général de la Savoie Conseil Général de Haute-Savoie Canton du Valais Bureau de Recherches Géologiques et Minières Centre Méditerranéen de l'Environnement Provincia di Torino