Un modèle de cartographie d’inondation est un outil numérique capable de simuler l’emprise d’une zone d’inondation sur un territoire. Ce type de modèle est incontournable pour réaliser des diagnostics de vulnérabilité au risque d’inondation. Ils interviennent à différentes phases d’une analyse :
- En prévention, afin de déterminer les zones exposées et proposer un cadre pour l’aménagement du territoire afin de réduire le risque d’inondation (dimensionnement d’ouvrages, planification urbaine),
- En temps réel, pour améliorer la gestion de crise du risque d’inondation (alertes, évacuations). À long terme, avec des scénarios prospectifs du risque d’inondation intégrant les modifications climatiques pour une meilleure planification et orientation des investissements.
Selon les modèles utilisés, les cartographies caractérisent les risques d’inondation par débordement de cours d’eau et/ou par ruissellement des eaux de pluie.
Toutes les méthodes de cartographie d’inondation requièrent l’utilisation d’un modèle numérique de terrain (MNT). Bien souvent, leur efficacité est conditionnée par la qualité des données d’entrée, notamment des MNT. Par ailleurs, il existe plusieurs types de modèles de cartographie d’inondation, ayant chacun leurs avantages et leurs inconvénients selon les conditions d’utilisation et le cahier des charges. Chez Hydroclimat, nous proposons une combinaison de modèles fondés sur des approches diverses pour répondre à l’ensemble des besoins de nos clients.
Il existe deux grandes familles de modèles de cartographie d’inondation : les modèles hydrauliques à base physique et les modèles empiriques.
Les modèles hydrauliques résolvent les équations physiques de l’hydrodynamique pour calculer en chaque point la hauteur et la vitesse de l’eau. Ils ont l’avantage de respecter la physique à des degrés plus ou moins élevés selon des hypothèses clairement établies. Les modèles hydrauliques à base physique les plus complexes produisent des simulations très réalistes, mais sont très gourmands en temps de calcul ce qui limite leur utilité opérationnelle. Ces modèles proposent une déclinaison d’approches pour résolution des équations physiques allant de la plus simple (équations 1D en régime permanent) à la plus complexe (équations 2D de Saint Venant complètes jusqu’aux équations 3D de Navier-Stokes).
D’autres modèles reposent sur des approches alternatives pour la cartographie d’inondation, tels que les modèles à intersection de plan d’eau basés sur l’équation empirique de Manning-Strickler, les modèles conceptuels à automates cellulaires, et les modèles statistiques d’intelligence artificielle (data-driven). Ces modèles ont pour point commun d’être moins intensifs en temps de calcul que les modèles hydrauliques à base physique, et sont donc privilégiés pour la cartographie à grande échelle ou la prévision en temps réel du risque d’inondation.
Type de modèle | Avantages | Limites | Domaines d’application | Exemples |
|---|---|---|---|---|
Modèles hydrodynamiques | Lien direct avec l’hydrologie
Cartographie détaillée des risques
Prise en compte des ouvrages hydrauliques
Représentation fine des instants et de la durée des inondations | Temps de calcul très longs
Besoin de données détaillées
| Analyses de risques localisées
Dimensionnement d’ouvrages
Estimation de l’érosion des berges et du transport de polluants
| HEC-RAS 1D
HEC-RAS 2D
LISFLOOD-FP
|
Modèles conceptuels simplifiés | Temps de calcul courts | Pas ou peu de contraintes physiques
Prédictions peu fiables des flots rapidement variés (pas de représentation de l’inertie)
| Analyses risques à grande échelle
Analyses d’incertitude
Prévisions temps réel
| MHYST
CAflood
|
Tableau 1. Tableau comparatif des approches de cartographie d’inondation. Inspiré de Teng et al. (2017). Les modèles donnés en exemple sont utilisés au sein d’Hydroclimat.
Chaque modèle hydraulique a ses forces et ses faiblesses, et répond à un domaine d’utilisation et un cahier des charges spécifique pour obtenir la meilleure performance.
Les performances d’un modèle de cartographie d’inondation désignent l’efficacité d’un modèle à reproduire les caractéristiques d’une inondation (emprise de la zone inondée, hauteurs d’eau, vitesses, et dynamique). L’efficacité d’un modèle d’inondation se mesure avec des données observées d’une inondation, qui peuvent provenir de multiples sources, et dépend du type de modèle utilisé. Les modèles hydrauliques à base physique sont souvent plus performants que les modèles empiriques, mais coûteux en temps de calcul même sur des serveurs de calcul haute performance.
De ce fait, l’’efficacité d’un modèle hydraulique opérationnel est contraint par son temps d’exécution. C’est le cas notamment lorsque les simulations sont réalisées sur un large territoire (> 100 km²), répétées un grand nombre de fois (à des fins de prévisions en temps réel ou de réalisation de scénarios prospectifs), ou que les situations d’écoulement modélisées sont spatialement très hétérogènes ou fortement instationnaires (terrains complexes, ruptures de digue). La vitesse de calcul d’un modèle d’inondation est souvent une qualité appréciée au même titre que son efficacité au sens strict.
Chez Hydroclimat, nous avons opté pour l’utilisation de modèles hydrauliques innovants basés sur l’IA pour leur efficacité d’exécutions. Nous opérons par ailleurs une panoplie de modèles hydrauliques de complexités variées pour s’adapter aux besoins de nos clients.
Les performances d’un modèle de cartographie d’inondation mesurent l’efficacité d’un modèle à reproduire fidèlement l’emprise inondée lors d’un événement de crue, et au besoin la dynamique de l’inondation, c’est-à-dire, l’évolution des hauteurs d’eau et des vitesses d’écoulement. Les performances d’un modèle d’inondation se mesurent par des approches directes et/ou indirectes.
Les approches directes évaluent quantitativement une simulation en comparant les variables calculées par un modèle d’inondation aux observations, c’est-à-dire les hauteurs d’eau dans la très grande majorité des cas. Ces mesures sont faites sur le terrain après un épisode de crue (repères de crues) ou avec les stations de mesure permanentes de hauteur d’eau (uniquement dans le lit des cours d’eau). Les données satellites peuvent être mobilisées pour cartographier les zones inondées sur un territoire (on parle de pseudo-observations) mais nécessitent le passage du satellite au moment de la crue.
Les approches indirectes exploitent les données qualitatives reliées à une inondation. Ces données proviennent des relevés des dégâts après la catastrophe (photos de destruction, déclarations de sinistre), et de la cellule de gestion de crise par les autorités pendant l’épisode d’inondation (appels en détresse, restrictions de circulation). Certains algorithmes d’IA traitent ces publications sur les réseaux sociaux. Dans l’ensemble, ces informations sont moins qualifiées que les mesures directes.