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Des rivièreset des hommes
La modélisation hydraulique en pratique
Les étapes de sa mise en œuvre Ses limites
Dans le cadre de
Plan de la séance
1. Diagnostic hydraulique de la rivière
2. Choix du modèle et données d’entrée
3. Calage et validation du modèle
4. Etude de sensibilité
5. Conclusion
Oldrich NAVRATILUniversité Lyon 2
Les étapes de la modélisation
1.Diagnostic
2.Données d’entrée
3.Calage du modèle
4.Sensibilité
5.Conclusion
Etape 1 : le diagnostic hydraulique préalable
Etat des lieux du fonctionnement hydraulique
utilité / possibilité de développer un modèle
choix du modèle (1D, 2D…) selon les moyens / données d’entrée
L’Ardour 1
Modélisation de l’Ardour 1D
Oldrich NAVRATILUniversité Lyon 2
Les étapes de la modélisation
2
Contenu du diagnostic
• un inventaire des données
cartes
photos aériennes
géologie
relief
Contenu du diagnostic
• un inventaire des données
Synthèse hydrologique au niveau d’une station hydrométrique
3
données hydrologiques
Contenu du diagnostic
• un inventaire des données
Données d’archive pour des crues historiques sur le Rance
4
données d’archive
Contenu du diagnostic
• un inventaire des données• les chemins de l’eau
Bléone en crue
5
réseau naturel
Contenu du diagnostic
• un inventaire des données• les chemins de l’eau
Le Charbonnière
6
réseau anthropique
Contenu du diagnostic
• un inventaire des données• les chemins de l’eau
La Réunion, Saint Denis
7
zones de ruissellement
Contenu du diagnostic
• un inventaire des données• les chemins de l’eau• les ouvrages hydrauliques
Quimper, Décembre 2013
8
pont
Contenu du diagnostic
• un inventaire des données• les chemins de l’eau• les ouvrages hydrauliques
Le Loir à Saint Maur
9
seuil
Contenu du diagnostic
• un inventaire des données• les chemins de l’eau• les ouvrages hydrauliques
Exemple d’embâcle sur la Cronce
10
embâcle
Contenu du diagnostic
L’Olivet
11
• un inventaire des données• les chemins de l’eau• les ouvrages hydrauliques• le transport de sédiment
et la mobilité des formes alluviales signes
d’érosion ?
Contenu du diagnostic
• un inventaire des données• les chemins de l’eau• les ouvrages hydrauliques• le transport de sédiment
et la mobilité des formes alluviales
• une enquête de terrain
Marque de crue sur un mur
12laisses de crues
Contenu du diagnostic
Marque de crue historique de 1866 sur le Jargeau
13
• un inventaire des données• les chemins de l’eau• les ouvrages hydrauliques• le transport de sédiment
et la mobilité des formes alluviales
• une enquête de terrain
laisses de crues
Enjeux du diagnostic
Que nous apporte ce diagnostic ?
• une compréhension globale du fonctionnement hydraulique du site en étiage / en crue :
• répartition des débits• directions des écoulements• zones inondables
• des éléments de validation/critique des résultats des calculs hydrauliques
1.Diagnostic
2.Données d’entrée
3.Calage du modèle
4.Sensibilité
5.Conclusion
Etape 2 : choix du modèle/données d’entrée
Suivi topographique de la Manicouagan, 1919 14
Choix du modèle (1D, 2D…)choix des données d’entrée • la topographieOldrich NAVRATIL
Université Lyon 2
Les étapes de la modélisation
Etape 2 : choix du modèle et collecte des données d’entrée
• la topographie
Deux exemples de réduction 1D d’une même réalité : terrain sur la Loire
15
Etape 2 : choix du modèle et collecte des données d’entrée
Maillage TELEMAC 2D de la confluence Isle‐Dordogne
LiDAR: Light Detection And Ranging
16
• la topographie
Etape 2 : choix du modèle et collecte des données d’entrée
• la topographie• les débits
• station hydrométrique• études hydrologiques
précision des données=
forte incidence sur laprécision des résultats
Limnigraphe, mesure de son débit et prélèvement automatique, Thaïlande 17
Banlieue de Dakar, Sénégal, inondation 2005
18
Etape 2 : choix du modèle et collecte des données d’entrée
Temps
• la topographie• les débits
Anophele sundaicus : moustique vecteur
du paludisme
20.19
Episode de Mousson, Mumbai (Bombay), juillet 2005
Etape 2 : choix du modèle et collecte des données d’entrée
• la topographie• les débits• conditions limitesde hauteur d’eau
21. Précipitation et niveau de la marée à Mumbai (Bombay) les 26 et 27/07/2005
Etape 2 : choix du modèle et collecte des données d’entrée
• la topographie• les débits• conditions limitesde hauteur d’eau
• rugosité
n ou K= paramètre de calagedes modèles
n ou K= ?
Source : Yves Zech
1.Diagnostic
2.Données d’entrée
3.Calage du modèle
4.Sensibilité
5.Conclusion
Etape 3 : calage et validation du modèle
• chercher la valeur d’un paramètrecalcul ≈ observation
En hydraulique fluviale :• coefficient de Manning « n » ou Strickler « K »
ligne d’eau modélisée ≈ observée
Qu’est ce que caler un modèle ?
Oldrich NAVRATILUniversité Lyon 2
Les étapes de la modélisation
Etape 3 : calage et validation du modèle
Q = 2 m3/sArdour à Folles, modélisation 1D
ligne d’eau mesurée− ligne d’eau modélisée
Les données de calage
22. Mesures hydrométriques, Ardour et Brévenne
Les données de calage
23. Laisses de crue dans la plaine alluviale
Les données de calage
24. Hydrogrammes de crue sur le bassin de la Vézère
Les données de calage
25. Crue de la Nam Ngum au nord de sa confluence avec le Mékong en aout 2008
Des données de calage en adéquation avec le modèle
Adéquation entre complexité du modèle et quantité/qualité des données de calagePour une modélisation 2D : • champ de vitessesde surface : LSPIV*
*LSPIV = Large Scale Particule Imagery Velocimetry26. Large‐Scale PIV (LSPIV)
Des données de calage en adéquation avec le modèle
27
Campagne hydrologiquesur le fleuve Amazone
avec un ADCP *ADCP: Accoustic Doppler Current Profiler
Adéquation entre complexité du modèle et quantité/qualité des données de calagePour une modélisation 2D : • champ de vitesses de surface : LSPIV
• distribution des vitesses dans une section en travers : ADCP*
ADCP sur la Garonne, Emplois de l’ADCP en rivière :
une revue de synthèse
Quel sens donner alors à ce coefficient K de calage ?
Rivière en tresses des Duyes
28
Signification de n après calage :
• la rugosité de la rivière
Quel sens donner alors à ce coefficient K de calage ?
Voitures emportées par une inondation à Figanières, dans le Var, juin 2010
29
Signification de n après calage :
• la rugosité de la rivière• les pertes de charge
singulières
Quel sens donner alors à ce coefficient K de calage ?
Signification de n après calage :
• la rugosité de la rivière• les pertes de charge
singulières• les incertitudes sur
les données d’entrée
Mesures hydrométriques, Ardour
30
résolution des résultats
précision≠
1.Diagnostic
2.Données d’entrée
3.Calage du modèle
4.Sensibilité
5.Conclusion
Etape 4 : étude de sensibilité
Tester la sensibilité d’un modèle :• faire varier les données d’entrée
autour d’une valeur la plus probable • étudier l’impact de ces variations
sur le résultat final
Oldrich NAVRATILUniversité Lyon 2
Les étapes de la modélisation
Sensibilité à la hauteur à l’aval
Valeur H(aval) maximum probable pour un débit donné
H(aval) maxi
H(aval)mini
Sensibilité à la hauteur à l’aval
Valeur H(aval) minimum probable pour un débit donné
La prise en compte des incertitudes du modèle
Enveloppe de résultats
H(aval)
• estimer la robustesse du modèle• outil d’aide à la décision
Qualité du modèle
Résultats corrects :• écart entre lignes d’eau modélisée et mesurée < 10 cm
ligne d’eau mesurée− ligne d’eau modélisée°
Qualité du modèle
Résultats corrects :• écart entre lignes d’eau modélisée et mesurée < 10 cm • écart 10‐20 cm avec tendance de l’écoulement restituée
ligne d’eau mesurée− ligne d’eau modélisée°
Qualité du modèle
Résultats corrects :• écart entre lignes d’eau modélisée et mesurée < 10 cm • écart 10‐20 cm avec tendance de l’écoulement restituée• écart > 20 cm si cas particulier
ligne d’eau mesurée− ligne d’eau modélisée°
1.Diagnostic
2.Données d’entrée
3.Calage du modèle
4.Sensibilité
5.Conclusion
Oldrich NAVRATILUniversité Lyon 2
Notions vues dans la séquence
• modèle hydraulique :spécifique pour un projet donné
• diagnostic de terrain • prise en compte de la réalité du site• choix du bon modèle • critique des résultats
• robustesse d’un modèle• qualité des données• adéquation données/modèle• test de sensibilité
Les étapes de la modélisation
Avec le soutien de
Des rivières et des hommes
Réalisation
Réalisé avec le soutien financier de la Région Rhône‐Alpes dans le cadre du CEDES et de l’UNR‐RA
Crédits photo
1. L’Ardour, 5. Bléone en crue, 6. Le Charbonnière, 11. L’Olivet, 28. Rivière en tresses des Duyes : O. Navratil
2. Cartes, photos aériennes, relief, géologie…. Source : Géoportail, IGN3. Synthèse hydrologique au niveau d’une station hydrométrique. Source : Banque HYDRO, Eau France
4. Données d’archive pour des crues historique sur la Rance. Source : AZEMA, JP, 1982 AQUADOC7. La Réunion, Saint Denis : site DREAL ‐ 8. Quimper, Décembre 2013 : Ouest‐France
9. Le Loir à Saint Maur, 10. Exemple d’embâcle sur la Cronce, 30. Mesures hydrométriques, Ardour : M‐B. Albert
12. Marque de crue sur un mur : EPAMA13. Marque de crue historique de 1866 sur le Jargeau : Jargeau tourisme
14. Suivi topographique de la Manicouagan, 1919 : Bibliothèque et Archives nationales du Québec15. Deux exemples de réduction 1D d’une même réalité terrain sur la Loire : P. Belleudy
16. Maillage TELEMAC 2D de la confluence Isle‐Dordogne : P. Belleudy et Géoportail17. Limnigraphe, mesure de son débit et prélèvement automatique , Thaïlande : ©IRD JL. Janeau
Crédits photo
18. Banlieue de Dakar, Sénegal, inondation 2005 : ©IRD S. Cheikh Anophele sundaicus : moustique vecteur du paludisme : ©IRD D. Michel
19. Episode de Mousson, Mumbai, juillet 2005 : Hitesh Ashar ‐ 20. Carte de Mumbai : Google map21. Précipitation et niveau de la marée à Mumbai les 26 et 27/07/2005
Source : Chitale Report 2006, modifié par E. Ebdelblutte22. Mesures hydrométriques, Ardour, et Brévenne : M‐B. Albert, O. Navratil
23. Laisses de crue dans la plaine alluviale : EPAMA24. Hydrogrammes de crue sur le bassin de la Vézère : service de prévision
des crues et d’hydrométrie de la Dordogne (www.dordogne.equipement.gouv.fr)25. Crue de la Nam Ngum au nord de sa confluence avec le Mékong en aout 2008 : ©IRD Pierret, Alain
26. 26. Large‐Scale PIV (LSPIV), source : http://homepages.cae.wisc.edu.html27. Campagne hydrologique sur le fleuve Amazone avec un ADCP : ©IRD Laraque, Alain
ADCP sur la Garonne : Lecoz et al., 2007. ‐ Emplois de l’ADCP en rivière : La Houille Blanche, n°729. Des voitures emportées par une inondation à Figanières, dans le Var, juin 2010 ; source : BFMTV
PerForm ‐ Grenoble INP
Service Usages et Innovations PédagogiquesUniversité Lumière Lyon 2 ‐ DSI
Réalisation multimédia