Résumé

Au travers d’actions de comparaison, mieux connaître les domaines d’application des différentes méthodes d’estimation des crues extrêmes

L’estimation du risque hydrologique en un site donné peut être très variable suivant la méthode de prédétermination de pluies ou de débits extrêmes utilisée. Il en résulte pour le non spécialiste une demande forte de clarification, pour connaître les points forts et les lacunes de chaque approche, et voir préciser leur domaine d’application. Il n’est malheureusement pas envisageable de déboucher sur une standardisation complète des méthodes de calcul, comme cela peut exister par exemple pour le génie civil, le domaine d’étude étant trop complexe pour pouvoir être représenté par un seul modèle. L’objectif visé est ici d’entreprendre un travail d’inter-comparaison des approches, pour préciser quelle méthode utiliser en fonction des données disponibles, des particularités hydrologiques du secteur étudié, et du niveau de précision souhaité (fonction des enjeux concernés par le risque inondation). L’originalité est de s’intéresser à un ensemble diversifié de méthodes de prédétermination, en mettant l’accent sur la possibilité de validation à partir de jeux de données de référence.

Une procédure rigoureuse de comparaison permettant de qualifier la justesse et la robustesse des estimations

Les principales méthodes d’estimation probabiliste (théorie des valeurs extrêmes appliquée sur une série locale ou à l’échelle d’une région, exploitation d’informations historiques, modèles hydrologiques représentant la transformation pluie-débit) ont été appliquées sur des jeux de données conséquents avec plusieurs milliers de séries de pluie et de débit. Une procédure de validation croisée, à partir de différentes décompositions en jeux de calage et de validation, permet de détecter les méthodes probabilistes affectées d’un biais d’estimation et celles qui sont plus sensibles à la présence de valeurs singulières. En complément des approches probabilistes, les approches naturalistes ont été testées sur le Gard et la Garonne. L’analyse hydro-géomorphologique permet de décomposer la plaine alluviale en unités spatiales modelées par différentes crues, et de délimiter l’encaissant associé aux crues extrêmes. L’étude paléo-hydrologique, après recherche de la trace des sédiments laissés par des crues anciennes et leur datation par des analyses chimiques et isotopiques, permet de mieux estimer la récurrence des crues les plus fortes.

Résultats majeurs du projet

Le projet ExtraFlo a permis de mettre en évidence le manque de robustesse des approches basées sur le traitement statistique d’une série de quelques dizaines d’années d’observation. Des alternatives intéressantes existent, basées sur l’exploitation des records de pluie et de débit à l’échelle d’une région, de la collecte de données historiques quand cela est possible, de méthodes de simulation basées sur le couplage d’un générateur d’averses avec un modèle hydrologique pour la transformation des pluies en débit, ou des traces morphologiques laissées par les crues anciennes.

Production scientifique depuis le début du projet

A ce jour, sept articles scientifiques ont été publiés ou sont à paraître, avec :

• un article de référence (Renard et al., 2013) présentant la méthodologie de comparaison des approches probabilistes et son intérêt pour évaluer plusieurs cadres théoriques d’analyse ;
• deux articles (Garavaglia et al., 2010 et 2011) sur la validation d’un modèle probabiliste de pluies basé sur les types de temps ;
• un article (Soubeyroux et al., 2011) sur la valorisation de la digitalisation de séries pluviographiques anciennes ;
• trois articles (Tramblay et al., 2011, 2012 et 2013) sur un modèle probabiliste non stationnaire pour les pluies extrêmes.

Le projet ExtraFlo est un projet de recherche appliquée coordonné par Irstea (ex-Cemagref), avec la participation de Météo-France (Toulouse), du CNRS (HydroSciences et GéoSciences Montpellier) et d’EDF/DTG (Grenoble), et des échanges avec des services de l’Etat (Cete Méditerranée et Dreal Midi-Pyrénées) et des bureaux d’étude (Artelia, Electrabel). Le projet couvre une période de 4 ans (février 2009 à janvier 2013). L’aide ANR attribuée dans le cadre du programme RiskNat s’élève à 650 k€ pour un coût global de 2 M€.