Charles OBLED Rémy GARCON Gérémy PANTHOU Fred. GOTTARDI

Charles OBLED Rémy GARCON

Gérémy PANTHOU Fred. GOTTARDIEdFDTG

INPGLTHE

Reconstitution de Scénarios Hydrométéorologiques

Application à la Crue de l’Isère 1859

PlanPlanI. Objectifs et Données disponibles

II. Principe d'obtention de Scénarios de Précipitations

et de Températures

III. Validation-Ajustement de ces scénarios

IV. Scénario Résultant

V. Discussion période de retour

VI. Conclusions2

Rappel des Objectifs

Reconstruire jour par jour (du 1/10 au 5/11 1859)

un scénario de précipitations et de températures

I. I. Objectifs et Données disponibles

3

Rappel des Objectifs

Reconstruire jour par jour (du 1/10 au 5/11 1859)

un scénario de précipitations et de températures

Comprendre les phénomènes et leur chronologie

Évaluer leur caractère plus ou moins exceptionnel

I. I. Objectifs et Données disponibles

4

Données DisponiblesDonnées "dures":

Observations aux stations (Patm,Pj,θ)

cf. Collecte et critique MétéoFrance (Auffray et al. 2009)

a. Précipitations

I. I. Objectifs et Données disponibles

5

Données DisponiblesDonnées "dures":

Observations aux stations

Données "Proxy":Réponse des

Torrents le 1er Nov. 1859

a. Précipitations

I. I. Objectifs et Données disponibles

6

Collecte des données "Torrents"

(d'après P. Mougin 1914 et diverses sources: RTM, etc)

Carte des torrents ayant réagi le 1er Nov

I. I. Objectifs et Données disponibles

7

Collecte des données "Torrents"

(d'après P. Mougin 1914 et diverses sources: RTM, etc)

Carte des torrents ayant réagi le 1er Nov

Organisation spatiale (pour l'épisode pluvieux final)

- Grande traînée orientée SW-NE - Torrents Belledonne Grésivaudan n’ont pas

répondu

- Haut Arc n’a pas de torrents signalés

I. I. Objectifs et Données disponibles

8

Collecte des données "Torrents" (d'après P. Mougin 1914 et diverses sources: RTM, etc)

Carte des torrents ayant réagi le 1er Nov

Organisation spatiale (pour l'épisode pluvieux final)

à prendre en compte dans les scénarios

proposés …!

I.I.Objectifs et Données disponibles

9

Données DisponiblesDonnées "dures": Observations aux

stationsDonnées "Proxy": Torrents

a. Précipitations

I. I. Objectifs et Données disponibles

10

Données DisponiblesDonnées "dures": Observations aux

stationsDonnées "Proxy": Torrents

Et Données "Mixtes" (dures /proxy) :pour chaque une journée cible j

(1859):traitement CEMAGREF ( Ben Daoud et al 2009)

à partir des analogues (1953-2005)

a. Précipitations

I. I. Objectifs et Données disponibles

11

Données DisponiblesDonnées "dures": Observations aux stationsDonnées "Proxy": Torrents

Et Données "Mixtes" (dures /proxy) :pour chaque une journée cible j

(1859):

une distribution conditionnelle des valeurs plausibles de la Pjournalière

spécifique à cette journée cible j (1859) pour chaque sous-bassin et chaque station

a. Précipitations

I. I. Objectifs et Données disponibles

12

Stations à disposition et bassins cibles

Précipitations et température

I. I. Objectifs et Données disponibles

13

Deux Exemples: sous-BV Arly

a. Précipitations

I. I. Objectifs et Données disponibles

Pluie (mm)Pluie (mm)Pluie (mm)Pluie (mm)

Fré

qu

ence

no

n d

épas

sem

ent(

%)

Fré

qu

ence

no

n d

épas

sem

ent(

%)

Fré

qu

ence

no

n d

épas

sem

ent(

%)

Fré

qu

ence

no

n d

épas

sem

ent(

%)

Le 31 Oct 1859Le 31 Oct 1859Le 17 Oct 1859Le 17 Oct 1859

90%

60%

20%

F0=50%

14

Résultats des « prévisions »

D’où le Tracé : Pour chaque bassin (et pour chaque

station)Sur la période 1er oct - 5nov 1859

d’une « fourchette » de probabilité

a. Précipitations

II. Reconstruction II. Reconstruction hydrométéorologiquehydrométéorologique

15

Haut Arc

Arly P10

P10

16

Discussion

Fluctuation du signal: O.K. on perçoit bien la

chronologie…

Mais construire un scénario… Choisir des valeurs

(pour chaque jour et chaque sous-bassin) ??

a. Précipitations

II. Reconstruction II. Reconstruction hydrométéorologiquehydrométéorologique

17

Discussion

Fluctuation du signal: O.K. on perçoit bien la chronologie…

Mais construire un scénario… Choisir des valeurs

(pour chaque jour et chaque sous-bassin) ??

…Or jusqu'ici, nous n’avons pas encore utilisé

l’information station

a. Précipitations

II. Reconstruction II. Reconstruction hydrométéorologiquehydrométéorologique

18

Prévisions analogues sur le sous-bassin Grésivaudan

19

P10♦ ♦♦

♦ ♦

Prévisions analogues à la station Grenoble (SMH)

Prévisions

Observations à Grenoble (Montorge+ ENI)

20

Utilisation Prévisions/Obs aux stations:

Loi de distribution (pour la journée cible J) Disponible à chaque station

Mais aussi : Observations à la station

a. Principe pour les précipitations

II. Reconstruction II. Reconstruction hydrométéorologiquehydrométéorologique

21

Utilisation Prévisions/Obs aux stations:

Loi de distribution pour la journée cible J Disponible à chaque station

Mais aussi : Observations à la station

D’où détermination de la Probabilité de la valeur observée à la station

a. Principe pour les précipitations

II. Reconstruction II. Reconstruction hydrométéorologiquehydrométéorologique

22

Utilisation Prévisions/Obs aux stationsLoi de distribution (pour la journée cible J)

Disponible à chaque stationMais aussi : Observations à la station

D’où détermination de la Probabilité de la valeur observée à la station

Puis Hypothèse: (à vérifier) Probabilité de la valeur observée à la station

~ analogue à / voisine de / transférable … Probabilité sur le sous-bassin le plus proche

a. Principe pour les précipitations

II. Reconstruction II. Reconstruction hydrométéorologiquehydrométéorologique

23

Pro

babi

lité

non

dépa

ssem

ent (

%) Loi de probabilité de la Station

X

Station X:

27mm

Probabilité de l’évènement

le jour J à la station X :

92%

Bassin versant Y

Estimation?

24

Pro

babi

lité

non

dépa

ssem

ent (

%) Loi de probabilité de la Station X

Probabilité de l’évènement sur le sous-bassin voisin Y:

supposée « voisine » de la probabilité observée à la station X

Station X:

27mm

25

Pro

babi

lité

non

dépa

ssem

ent (

%) Loi de probabilité de la Station X

Précipitation moyenne sur le Bassin versant

de proba 92 %:

79 mm

Station X:

27mm

26

Loi de probabilité du bassin Y

a. Précipitations

II. Reconstruction II. Reconstruction hydrométéorologiquehydrométéorologique

27

Lundi 31 octobre 1859

Grenoble

Lyon

Genève

Voreppe

Annecy

Gd.St.Bernard

Turin

P*: 62

P*: 45

P*: 15

P*: 52

P*: 50

P*: 48P*: 40

Feuille à remplir

Scénario de Précipitations

28

Résultats: scénario de précipitations

Mais précipitation : insuffisant …!Séparation en pluie/neige ??

Donc besoin aussi des: Températures au sol

aux différentes altitudesOu encore:

Isotherme 0°C et gradient pour chaque sous-bassin

b. Principe pour Isothermes 0°C

II. Reconstruction II. Reconstruction hydrométéorologiquehydrométéorologique

29

Approche classique

Températures observées aux stations

b. Isothermes 0°C

II. Reconstruction II. Reconstruction hydrométéorologiquehydrométéorologique

30

Approche classique

Températures observées aux stations

+ Gradients orographiques de température Archive EdF (cf. F. Gottardi 2009):

gradients locaux (par pixel , par station),

et par mois (ici Octobre)

b. Isothermes 0°C

II. Reconstruction II. Reconstruction hydrométéorologiquehydrométéorologique

31

Approche classique

Températures observées aux stations

+ Gradients orographiques de température Archive EdF (cf F. Gottardi 2009):

gradients locaux (par pixel , par station),

et par mois (ici Octobre)

On affecte donc, comme pour les précipitations(en fonction des proximités station / bassin)

b. Isothermes 0°C

II. Reconstruction II. Reconstruction hydrométéorologiquehydrométéorologique

32

Schéma

III. TempératuresIII. Températures

Température (°C)

Altitude (m)

Station

Grad

ient

Bassin

Gradient

Station

Altitude Iso 0°C station

0°C

Altitude Iso 0°C ss bassin

33

Courbe isotherme 0°C à une station

b. Isothermes 0°C

II. Reconstruction II. Reconstruction hydrométéorologiquehydrométéorologique

Évolution de l’Isotherme 0°C au Grand st Bernard

donc pour Haute Isère

34

Lundi 31 octobre 1859

Grenoble

Lyon

Genève

Voreppe

Annecy

Gd.St.Bernard

Turin

P*: 620°: 2500

P*: 450°:2300

P*: 150°:2200

P*: 520°:2500

P*: 500°: 2300

P*: 480°:2600

P*: 40 0°:2300

Scénario I de Précipitationset Iso 0°C (m)

35

Avec MétéoFrance ( surtout iso 0°C)

Avec EdF (surtout Précipitations)

III. Validation III. Validation Réunions de Réunions de consensusconsensus

36

Avec MétéoFrance ( surtout iso 0°C)

Avec EdF (surtout Précipitations)

Puis avec SPC: scénario I en entrée

d'un modèle hydrologique (Global)

(cf communication Gautheron et al.)

III. Validation III. Validation Réunions de Réunions de consensusconsensus

37

Avec MétéoFrance ( surtout iso 0°C)

Avec EdF (surtout Précipitations)

Puis Avec SPC: Scénario I en entrée d'un

modèle hydrologique (GR4J Global)

(cf communication Gautheron et al.)

Conclusion:

Il manque de l’eau le 31 et le 1er

(~ 30 à 40 mm)

III. Validation III. Validation Réunions de Réunions de consensusconsensus

38

Or…: Il y a 2 ou 3 j de 1859 où le max des analogues est fort: >

P10

III.Validation III.Validation Scrutation jour par Scrutation jour par jourjour

39

Or…: Il y a 2 ou 3 j de 1859 où le max des analogues est fort: >

P10

Ex. le 21/10/1859 : mais Débit simulé ok:

L’Isère n’a pas réagi

+ analogue en question : 23/09/1968

sort 26ème sur 35…!

pas de raison de bouger le scénario

III. III. ValidationValidation Scrutation jour par Scrutation jour par jourjour

40

Or…: Il y a 2 ou 3 j de 1859 où le max des analogues est fort: >

P10

Ex. le 21/10 : pas de raison de bouger le scénario

Autre ex. les 31/10 et 1/11:

III.III.ValidationValidation Scrutation jour par Scrutation jour par jourjour

41

Or…: Il y a 2 ou 3 j de 1859 où le max des analogues est fort: >

P10

Ex. le 21/10 : pas de raison de bouger le scénario

Autre ex. les 31/10 et 1/11/1859: alors là… 2 ou 3 analogues > P10

26 / 27 nov 1983 et 12 nov 1969

III.III.ValidationValidation Scrutation jour par Scrutation jour par jourjour

42

Or…: Il y a 2 ou 3 j de 1859 où le max des analogues est fort: >

P10

Ex. le 21/10 : pas de raison de bouger le scénario

Autre ex. les 31/10 et 1/11: alors là… 2 ou 3 analogues > P10

26 / 27 nov 1983 et 12 nov 1969 et de plus

sortent en 1ér et 2ème rang comme analogues !!!

+ évoque Février 1990 (cf note EdF – R.Garçon )

III.III.ValidationValidation Scrutation jour par Scrutation jour par jourjour

43

Or…: Il y a 2 ou 3 j de 1859 où le max des analogues est fort: > P10

Ex. le 21/10 : pas de raison de bouger le scénario

Ex. les 31/10 et 1/11: alors là… 2 ou 3 analogues > P10

26 / 27 nov 1983 et 12 nov 1969 sortent en 1ér et 2ème rang comme

analogues !!!

Donc on décide de modifier: Scénario II

on ajoute 20 à 30 mm le 1er Nov

III. III. ValidationValidation Scrutation jour par Scrutation jour par jourjour

44

Arly

Haut Arc

Scénario II

P10

P10

ISO 0°C

ISO 0°C

45

Nouveau Test:

Avec SPC: Scénario II en entrée d'un modèle hydrologique (GR4J Global)

(cf communication A. Gautheron)

En sortie: Débits (journaliers) simulés à Grenobleet là … ??

III.III.ValidationValidation Modélisation Modélisation HydrologiqueHydrologique

46

Nouveau Test:

Avec SPC: Scénario II en entrée d'un modèle hydrologique (GR4J Global)

(cf communication A. Gautheron)

En sortie: Débits (journaliers) simulés à Grenobleet là … suspense jusquà cet après-midi…!

cf.exposé Gautheron et al.

III.III.ValidationValidation Modélisation Modélisation HydrologiqueHydrologique

47

Commentaires

Bonne différentiation des sous-bassins(compatible Torrents)

IV. Scénario RésultantIV. Scénario Résultant

48

Commentaires

Bonne différentiation des sous-bassins

Chronologie raisonnable (compatible obs. qualitatives,

journaux…)

IV. Scénario RésultantIV. Scénario Résultant

49

Commentaires

Bonne différentiation des sous-bassins

Chronologie raisonnable

D'où possibilité d' Interprétation

(ci après sur la moyenne des scénarios de sous-bassins) donc sur le bassin global

IV. Scénario RésultantIV. Scénario Résultant

50

Commentaires

Bonne différentiation des sous-bassins

Chronologie raisonnable

D'où possibilité d' Interprétation

(ci après sur la moyenne des scénarios de sous-bassins) donc sur le bassin global

En gros: 3 séquences à distinguer

IV. Scénario RésultantIV. Scénario Résultant

51

1) Humectation du bassin

1-19 oct : 79mm

52

2) Constitution d’un stock de neige

20-30 oct : 126 mm

53

3) Fonte du stock + Pluies intense

31 oct - 1ernov : 88 mm

Cumul mois : 293mm

54

Période de retour (précipitations seules scénario II) 1j: 31 oct et cumul 31oct + 1nov

V. DiscussionV. Discussion

55

Période de retour (précipitations seules scénario II) 1j: 31 oct et cumul 31oct + 1nov

V. DiscussionV. Discussion

BV 1 jour 2 joursArly 2 4

haut Arc 1 1Doron 3 5

Arc moyen 2 4hte Isère 2 3

Combe Savoie 2 5Grésivaudan 2 5

BV Global 3 4 56

T≤ 5ans

Période de retour … mais cette fois de:

( lame d'eau = pluie + fonte estimée)

sur BV global.(pour scénario II, ~ OK en débit).

V. DiscussionV. Discussion

57

Période de retour … mais cette fois de:

(pluie + fonte estimée) sur BV global.

(pour scénario II, ~ OK en débit).

V. DiscussionV. Discussion

BV 1 jour 2 joursBV Global ~ 12 ~ 25

Temps de retour

ans …58

Circulation générale:(confirmation: Cartes de pression)

depuis début oct.: Succession d’évènements SW dominant

Manteau neigeux:(quantif.+ évolution tempo +spatialis.)

Accumulation jusqu’à 60 mm (en moyenne bassin)

Fonte jusqu’à 45 mm

Précipitations: (quantif. + évolution tempo + spatialis.)

les 31/10 et 1/11: Cumul important mais pas extraordinaire

Par contre: Enchainement : Humectation, Accumulation, Préservation et Relargage

Exceptionnel…!

a. RécapitulatifVI. ConclusionVI. Conclusion

59

VI. ConclusionVI. ConclusionComparaison 1859 v.s. séquences "analogues" récentes

- avec des précipitations plutôt supérieures

- mais une saturation préalable moindre (Nov 1983)

- ou dans une période hivernale plus froide (Fev 1990

60

VI. ConclusionVI. ConclusionComparaison 1859 v.s. séquences "analogues" récentes

- avec des précipitations plutôt supérieures

- mais une saturation préalable moindre (Nov 1983)

- ou dans une période hivernale plus froide (Fev 1990

Donc où il y a eu

- l'épisode déclenchant (2 ou 3 jours de pluie +redoux

- mais pas la phase préparatoire et l'enchaînement

61

Comparaison des crues de l'Isère à Grenoble (nov 1983, fev 1990, et nov 1859)

0,0

200,0

400,0

600,0

800,0

1000,0

1200,0

1400,0

1600,0

1800,0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

Jours autour du pic (abscisse=15)

Déb

it jo

urn

alier

mo

yen

(m

3/s

)

fev 1990

nov 1983

nov 1859

VI. ConclusionVI. ConclusionComparaison 1859 v.s. séquences "analogues" récentes

62

Améliorer encore les scénariossur les 2 derniers jours

Modélisation semi-distribuée par sous-bassinet à un pas infra-journalier?

Validation de notre hypothèse d'affectation des précipitations

b. PerspectivesVI. ConclusionsVI. Conclusions

63

Améliorer encore les scénariossur les 2 derniers jours

Modélisation semi-distribuée par sous-bassinet à un pas infra-journalier?

Validation de notre hypothèse d'affectation des précipitations

Mais, rappel !

b. PerspectivesVI. ConclusionVI. Conclusion

64

Améliorer encore les scénariossur les 2 derniers jours

Modélisation semi-distribuée par sous-bassinet à un pas infra-journalier?

Validation de notre hypothèse d'affectation des précipitations

Mais, rappel !Ce n'est jamais qu'un scénario…!

b. PerspectivesVI. ConclusionVI. Conclusion

65

Questions?Questions?

Merci pour votre attention

66

Questions?Questions?

Merci pour votre attention

67

Résultats (en moyenne journalière – Gautheron et al.

2009)

IV. Scénario résultantIV. Scénario résultant

68

Evolution du stock de neige - BV Global , par bandes d’altitude (d’après Gautheron et al.)

70