Evaluation de méthodes automatisées de cartographie des zones inondables adaptées à la prévision des crues soudaines

par Nabil Hocini

Thèse de doctorat en Sciences de la Terre et de l’environnement

Sous la direction de Eric Gaume et de Olivier Renaud Payrastre.

Soutenue le 18-03-2022

à Nantes Université , dans le cadre de École doctorale Écologie Géosciences Agronomie Alimentation (Rennes ; 2016-2022) , en partenariat avec Université Gustave Eiffel (2020-....) (laboratoire) .

Le président du jury était Agnès Baltzer.

Le jury était composé de Bruno Janet.

Les rapporteurs étaient Hélène Roux, Roger Moussa.

mots clés

• ...
• Cartographie -- Informatique
• Inondations
• Plaines inondables -- France

Résumé

Les crues soudaines causent d'importants dégâts matériels et humains dans le monde entier. En France, elles frappent fréquemment les petits cours d'eau de la zone méditerranéenne, avec des conséquences souvent catastrophiques. Compte tenu du grand nombre de petits cours d'eau pouvant être touchés, l'utilisation de méthodes de cartographie automatisée des zones inondées peut être d'une grande aide pour l'identification des impacts potentiels de ce type de crues. Ce travail de thèse a permis d’automatiser et de tester trois approches de cartographie des zones inondées, adaptées aux petits cours d'eau, et d'un degré de complexité croissant : HAND/MS, caRtino 1D, et Floodos 2D. Dans un premier temps, ces méthodes ont été comparées à des modélisations expertisées de référence issues de la mise en oeuvre de la directive européenne inondation, sur plusieurs cours d'eau du sud de la France, en reprenant des hypothèses et données d'entrée identiques à ces modélisations de référence. Par la suite, les trois approches ont été évaluées sur leur aptitude à reproduire trois crues majeures récentes, toujours dans le sud de la France, et pour lesquelles de larges jeux de données d’observations des étendues et hauteurs d'inondation sont disponibles. Finalement, cette double évaluation a permis d'identifier certaines limites de l'approche HAND/MS, dont le niveau de simplification peut être à l'origine d'erreurs importantes. La plus-value de l'approche hydrodynamique 2D (Floodos) a également été mise en évidence, notamment dans les situations de plaines inondables très larges. Ces évaluations ont également confirmé la possibilité de cartographier les inondations de façon automatisée sur les petits cours d'eau, avec des niveaux d'erreurs acceptables et des vitesses de calcul adaptées à la couverture de grands domaines spatiaux. Enfin, les principales sources d'erreur subsistantes, comme la qualité des informations topographiques et/ou la connaissance des débits, ont été identifiées, et leurs poids relatif a pu être évalué.

Titre traduit

Evaluation of automated flood mapping methods suitable to flash flood forecasting

Résumé

Flash floods cause important material and human damage all over the world. In France, they frequently hit small rivers in the Mediterranean area, often with catastrophic consequences. Given the large number of small watercourses which may be affected, the use of automated inundation mapping methods can be of great help to identify the areas at risk. This PhD work offered the opportunity to test and compare three automated flood inundation mapping approaches, suitable for small streams and of increasing level of complexity: HAND/MS, caRtino 1D, and Floodos 2D. At first, the three methods were compared to reference expert-based simulation results elaborated for the implementation of the European Flood Directive, for several rivers in south-eastern France. In this first step, the comparison was performed using identical assumptions and input data as for the reference simulations. Then, the three approaches were evaluated based on their ability to reproduce three recent flood events observed in South-Eastern France, and for which particularly rich observation datasets are available about flood extents and water depths. Finally, this twofold evaluation allowed identifying some limits of the HAND/MS approach, which can exhibit important errors directly related to its higher level of simplification. The added value of the 2D hydrodynamic approach (Floodos) has also been illustrated, especially for stream reaches with wide flood plains. The evaluation also confirmed the feasibility of automated flood mapping for small rivers with acceptable error levels, and computation times compatible with the coverage of large areas. Finally, the main remaining sources of error were identified,, such as the quality of the input topographic data or the knowledge of the flood discharges, and their relative importance could be evaluated.