Soutenance mémoire
Le risque inondation en France et dans le monde
Parmi les 189 catastrophes naturelles majeures recensées à l’échelle planétaire en 2014, 32% étaient des inondations d’après SwissRe (2015). Depuis 1970, 2014 fut l’année où les inondations ont été les plus meurtrières. Elles ont également causé de très importants dégâts, et les pays affectés se localisaient aux quatre coins du monde , illustrant la forte exposition de nos sociétés face à ce risque naturel. D’une façon plus générale, les inondations constituent le risque naturel le plus destructeur à l’échelle mondiale, en raison d’une part de la fréquence d’occurrence élevée de cet aléa, et d’autre part de la forte exposition des enjeux humains et de leur vulnérabilité. La France fait partie des pays fortement exposés aux inondations. Avec les séismes, les inondations y constituent le phénomène naturel le plus dommageable (DGPR, 2012) : le montant annuel des dégâts liés aux inondations oscille entre 1 et 1,4 milliards d’euros. Entre 1982 et 2015, 4 395 communes ont été touchées au moins cinq fois par des « inondations et coulées de boue » d’après la base de données Gaspar (Gestion Assistée des Procédures Administratives relatives aux Risques naturels et technologiques), qui recense l’ensemble des arrêtés CATNAT de CATastrophes NATurelles (Cf. figure 1.1 et annexe A). Ce chiffre traduit à la fois la fréquence élevée des phénomènes d’inondation et une forte exposition à cet aléa. Les communes concernées se répartissent sur l’ensemble de la France métropolitaine mais de manière hétérogène. Les dix communes ayant fait l’objet du plus grand nombre d’arrêtés CATNAT depuis 1982 se situent dans les départements des Alpes-Maritimes, du Var et de l’Aude. L’agrégation par départements du nombre d’arrêtés CATNAT montre également que les départements du pourtour de la Méditerranée mais également certains départements du nord et de l’est de la France sont particulièrement exposés.
Une grande partie des inondations observées en France est associée aux phénomènes de crues. Vinet (2010) rappelle qu’il est important de distinguer ces deux termes. En effet les inondations peuvent être générées par des phénomènes naturels autres que les crues de cours d’eau, comme par exemple les submersions marines, ou le ruissellement localisé notamment en milieu urbain.
Le phénomène de crue
Vinet (2010) définit une crue comme la montée du niveau des eaux contrôlée par une variation du débit d’un cours d’eau. La formation d’une crue dépend d’une multitudes de facteurs dont l’intensité de la pluie génératrice et sa durée, le relief, la température pouvant induire un apport de fonte nivale, la nature du sous-sol et son état d’humidité, l’occupation des sols et l’imperméabilisation des surfaces, les obstacles naturels ou anthropiques, les conditions d’écoulement et les concomitances des pointes de crue aux confluences,… C’est souvent la multiplication de facteurs défavorables qui est à l’origine des crues les plus catastrophiques. L’intensité des pluies et leur répartition dans le temps constituent néanmoins les principaux facteurs de contrôle d’un hydrogramme de crue (évolution temporelle du débit). La forme de cet hydrogramme (en particulier la montée du débit) permet de distinguer les crues rapides des crues lentes. Le caractère rapide d’une crue se définit souvent à partir du temps de réponse qui sépare le pic de pluviométrie de la pointe de crue. Ce temps de réponse sera d’autant plus réduit que le bassin versant est de petite taille et que sa pente moyenne est forte. La forme de l’hydrogramme dépend néanmoins aussi de nombreux autres facteurs, comme les formations superficielles des sols et leur état de saturation en eau juste avant l’épisode pluvieux, ou encore la localisation des plus forts cumuls de pluie dans le bassin versant.
La description synthétique d’une crue est généralement réalisée au travers des informations suivantes :
– la magnitude ou l’intensité de la crue, qui se mesure par son débit de pointe (m3/s) ou par défaut la hauteur d’eau atteinte, ou encore par son volume (débit moyen sur une durée définie). La comparaison des débits dans différents bassins versants ou différentes régions du monde se fait souvent en ramenant le débit de pointe à une surface drainée élémentaire de 1km2 , ce qui correspond au débit de pointe spécifique (m3/s/km2 ) ;
– la fréquence ou période de retour à laquelle des crues d’intensité similaires sont observées ;
– la forme de l’hydrogramme notamment en phase de montée, et notamment le temps de réponse ;
– la saison d’occurrence, régie par le climat régional.
De la crue à l’inondation
Vinet (2010) présente une classification complète des inondations suivant leur origine, pluviale ou non climatique (tsunami, rupture de barrage). Les inondations d’origine pluviale regroupent les phénomènes de crues, de ruissellements localisés, et de coulées de boues. L’inondation associée aux crues peut être définie comme le débordement du cours d’eau hors de son lit, inondant des espaces exondés habituellement. L’inondation est souvent caractérisée par une hauteur d’eau et une vitesse. Le seuil de 50 cm de hauteur d’eau, toutes vitesses confondues, est considéré comme dangereux puisque les déplacements pédestres ou véhiculés deviennent difficiles voire impossibles. À cette hauteur, la turbidité de l’eau masque les dépressions naturelles (fossés) et artificielles (bouches d’égout) demandant l’intervention des secours par voies nautique ou aérienne.
Le risque inondation
Le risque inondation est lié à la présence d’enjeux humains vulnérables au sein de la zone inondée (aléa), comme par exemple des bâtiments .
La phase EPRI (évaluation préliminaire du risque inondation) de la Directive Européenne Inondations a récemment permis de mieux évaluer l’ampleur des enjeux exposés aux débordements de cours d’eau en France métropolitaine (DGPR, 2012). D’après cette évaluation, le risque inondation concerne :
– 16,8 millions de résidents permanents ;
– au moins 9 millions d’emplois ;
– 5% du territoire.
Ces enjeux exposés au risque d’inondation ont notablement augmenté lors de l’urbanisation massive des années 1950-60. Ceci constitue une tendance générale dans l’histoire de l’urbanisation des pays occidentaux : densification urbaine, extension pavillonnaire, recherche de la proximité des cours d’eau (tourisme). L’île de Noirmoutier constitue un exemple d’augmentation importante des enjeux exposés depuis les années 1970 (inondations par submersion marine dans ce cas particulier). Dans les quatre communes de l’île (Barbâtre, L’Épine, La Guérinière et Noirmoutier-en l’île) l’urbanisation s’est accélérée suite à la construction du pont, alors que les 2/3 de ce territoire sont sous le niveau des plus hautes eaux. Lors de la catastrophe Xynthia en 2010, l’île fut coupée en deux au niveau des communes de la Guérinière et de l’Épine, inondation engendrant de nombreux dégâts. On constate toujours aujourd’hui une augmentation quasi générale du risque par augmentation des enjeux situés dans les zones exposées. De façon logique, les dommages dus aux inondations suivent également une tendance croissante ce qui préoccupe assureurs et gestionnaires du risque.
Le cas particulier des crues-éclair
Définition et caractéristiques générales
Defrance (2014) évoque la difficulté de définir le terme « crues-éclair ». Il recommande de définir ce terme en prenant en compte l’échelle spatiale à laquelle le phénomène est étudié mais également la région du monde. Roche et al. (2012) précisent que les crues dites « éclair » sont provoquées par des précipitations particulièrement intenses, orageuses, et par des conditions favorisant le ruissellement et la concentration des volumes d’eau précipités. Les « crues-éclair torrentielles » se distinguent pour leur part par une capacité accrue de transport solide, de creusement de berges, d’arrachement de végétation et de charriages divers. Mais les crues-éclair se caractérisent avant tout par la rapidité de leur formation et leur forte intensité (Gaume et al., 2009). Ces caractéristiques sont directement reliées à l’intensité des pluies génératrices et à la petite taille des bassins versants sur lesquelles se forment ces crues. Les bassins de surface inférieure à 100 km2 peuvent en effet avoir des temps de réponse très courts (figure 1.3), ce qui limite fortement les capacités d’anticipation des phénomènes, et la possibilité pour les gestionnaires de crise de protéger ou évacuer les populations. De plus, les débits de pointe spécifiques (m3/s/km2 ) enregistrés sur ces petits bassins s’avèrent nettement plus élevés, ce qui engendre des impacts conséquents .
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Table des matières
INTRODUCTION
1 Chapitre introductif
1.1 Le risque inondation en France et dans le monde
1.1.1 Le phénomène de crue
1.1.2 De la crue à l’inondation
1.1.3 Le risque inondation
1.2 Le cas particulier des crues-éclair
1.2.1 Définition et caractéristiques générales
1.2.2 Épisodes pluvieux générateurs
1.2.3 Quelques exemples de crues-éclair récentes en France
1.2.4 Les crues-éclair autour du bassin méditerranéen
1.3 La prévision des crues
1.3.1 Intérêt et difficultés
1.3.2 La prévision des crues à l’échelle internationale
1.3.3 Fonctionnement du dispositif de prévision de crues en France
1.3.4 Projet d’extension du dispositif aux crues soudaines (projet stratégique du SCHAPI 2013 – 2016)
1.3.5 Intérêt d’une anticipation des dégâts engendrés par les crues soudaines
1.4 Objectifs de la thèse
2 Prévision des impacts de crues-éclair
2.1 Prévisions hydrologiques sur un réseau hydrographique détaillé
2.1.1 Prévisions basées sur la pluviométrie
2.1.2 Prévisions basées sur la simulation pluie-débit
2.1.3 Traitement des incertitudes et recommandations pour la modélisation hydrologique
2.1.4 Bilan
2.2 Estimation des emprises inondées sur un réseau hydrographique
2.2.1 La modélisation hydraulique orientée vers la prévention
2.2.2 La modélisation hydraulique intégrée à la prévision
2.2.3 Recommandations pour une modélisation de qualité et adaptée aux objectifs visés dans la thèse
2.3 Méthode d’estimation des impacts
2.3.1 Modèles d’impacts existants
2.3.2 Synthèse sur l’estimation des impacts
2.3.3 Observations disponibles pour caler et évaluer les modèles d’impacts
2.4 Approche proposée et difficultés identifiées
3 Description de la zone d’étude et des simulations pluie-débit
3.1 Présentation du TRI d’Alès
3.1.1 La Directive Européenne Inondation et les TRI
3.1.2 Le TRI d’Alès
3.2 Description des bassins versants
3.2.1 L’hydromorphologie
3.2.2 L’occupation et la nature des sols
3.2.3 Contexte hydro-climatique
3.3 Données mobilisées
3.3.1 Données topographiques
3.3.2 Données hydrographiques
3.3.3 Données pluviométriques
3.3.4 Données hydrométriques
3.3.5 Données hydrologiques : débits SHYREG
3.3.6 Surfaces inondées, enjeux et dommages de référence
3.4 Modèle pluie-débit Cinecar
3.4.1 Principes
3.4.2 Découpage et application du modèle sur le territoire d’étude
3.4.3 Validation du modèle
3.5 Événements passés exploités
3.5.1 Événements CATNAT recensés au sein de la zone d’étude
3.5.2 Événements étudiés
4 Créer et évaluer un catalogue de zones inondées
4.1 Fonctionnement de CARTINO PC
4.1.1 Les données utilisées
4.1.2 Les étapes de traitement
4.1.3 Le paramétrage du modèle
4.1.4 Les limites et les difficultés identifiées pour l’application visée
4.2 Adaptation de l’outil CARTINO PC
4.2.1 Substitution des données sources du modèle
4.2.2 Adaptation des paramètres du modèle
4.2.3 Modification des étapes de traitement
4.2.4 Identification automatique des profils à reprendre
4.2.5 Élimination des surfaces inondées déconnectées du lit mineur
4.3 Constitution d’un catalogue d’emprises inondées
4.3.1 Paramétrage de CARTINO
4.3.2 Valorisation des surfaces inondées précédemment modélisées
4.4 Évaluation des hauteurs d’eau et des surfaces modélisées
4.4.1 Comparaison avec les courbes de tarage des stations hydrométriques
4.4.2 Comparaison avec les emprises expertisées dans le cadre de la Directive Européenne Inondations (TRI d’Alès)
4.4.3 Améliorations possibles
4.4.4 Bilan de l’évaluation des simulations
CONCLUSION
