Risque inondation : prévoir les crues pour mieux alerter

Irstea travaille sur des méthodes et outils de prévision des crues en vue d’appuyer les services d’alerte. De la recherche opérationnelle, on vous dit !

Premier risque naturel en France, le risque inondation nécessite un dispositif de surveillance et d’alerte optimal. A partir de 2003 et sous l’impulsion du Ministère de l’Ecologie, le système national d’annonce des crues a évolué vers un système de prévision des crues. Le Service central d’hydrométéorologie et d’appui à la prévision des inondations (Schapi) est créé, en lien avec 19 Services de prévision des crues (SPC) couvrant le territoire français : les "yeux" du système d’alerte. Un peu plus de 20 000 km de cours d’eau sur le territoire métropolitain continental sont ainsi surveillés par l’Etat 24h/24. Des cartes de vigilance sont mises à jour et publiées en ligne, à l’image des cartes de vigilance météorologiques de Météo-France. Objectif : disposer de plus de temps pour agir.

Relever le débit des cours d’eau

Le Schapi travaille en partenariat avec des organismes techniques et scientifiques de l’Etat pour faire évoluer les modèles opérationnels de prévision. Irstea a ainsi développé le modèle de prévision GRP qui permet de surveiller les débits des cours d’eau jaugés (c’est-à-dire équipés de stations de mesure) en continu et à court terme (de quelques heures à quelques jours, selon la réactivité du bassin versant). Simple d’utilisation, robuste et ajustable aux différentes conditions hydroclimatiques, le modèle est opérationnel et équipe aujourd’hui largement les Services de prévision des crues (SPC).

Comment ça marche ? A partir des informations de pluie du bassin versant, de l’évapotranspiration potentielle et des débits observés au moment d’émettre les prévisions, le modèle permet de réaliser des prévisions de débits. Pour gagner en fiabilité, il s’appuie également sur l’historique des conditions météorologiques passées, afin de déterminer les conditions initiales d’humidité du bassin. Un bassin gorgé d’eau suite à des pluies abondantes sera plus susceptible de générer des crues et débordements.

A partir de ces prévisions, les SPC sont alors capables d’évaluer les risques de franchissement de seuils de surveillance (vigilance, alerte) au niveau local, qui sont ensuite remontés au Schapi pour l’élaboration de cartes d’alerte mises en ligne sur Vigicrues.

Déploiement du modèle GRP (janvier 2015). Source : SCHAPICarina Furusho, ingénieure de recherche en hydrologie à Irstea, travaille en direct avec le Schapi et les différents SPC. "Ma mission est claire : je fais le lien entre la recherche – Irstea, et l’opérationnel – les services de prévision. Nous venons en appui à la mise en œuvre de l’outil GRP et discutons des retours d’expérience et possibles évolutions du modèle."

Un groupe d’utilisateurs, piloté par le Schapi, a ainsi été créé et des formations sont réalisées tous les ans. "Au cours de ces échanges, nous expliquons le fonctionnement du modèle et demandons, par exemple, aux utilisateurs d’apporter leurs propres données pour tester en directAujourd’hui, une grande majorité des SPC utilisent notre modèle par choix, précise Carina, ravie. D’autres optent pour une approche multi-modèle, c’est-à-dire qu’ils comparent différents modèles." La proximité avec les utilisateurs permet de faire remonter des besoins, comme par exemple prendre en compte le cumul et  la fonte des neiges en zone de montagne.

Des questions de recherche ressortent ainsi de l’utilisation terrain. La boucle est bouclée. Mais qu’en est-il des autres cours d’eau, sans stations de mesure ?

Cours d’eau sans mesures, sans alertes ?

Avec son système de prévision, l’Etat surveille près de 20 000 km de cours d’eau. Mais plus de 120 000 km sont encore "hors surveillance"… Ces bassins versants non-équipés de stations de mesure, et donc sans mesures de débit, requièrent un dispositif de surveillance particulier. Pour combler ce manque, Irstea et Météo-France ont développé en 2003 la méthode AIGA [1]. Sa particularité : plutôt que renseigner uniquement sur la valeur du phénomène (pluie, débit), elle affiche la rareté (ou le niveau d’aléa) de l’événement en cours. Les informations obtenues en temps réel sur le phénomène sont ainsi croisées avec les informations statistiques sur ce dernier pour afficher la gravité de l’événement.

"Sans informations sur les débits, la seule donnée d’entrée pour prévoir les crues est la pluie, explique Patrick Arnaud, responsable de l’équipe d’hydrologie au centre Irstea d’Aix-en-Provence. Et pour estimer le mieux possible la pluie dans l’espace, on utilise les données des radars météorologiques. Il est alors possible d’estimer spatialement la pluie tombée sur chaque km2 du territoire. A partir de ces pluies observées, l’information est modélisée et transformée en débits dans les cours d’eau, en s'appuyant sur les caractéristiques régionales des bassins (géologie, couverture végétale, urbanisation)."

Carte de vigilance risque Inondation (AIGA), Draguignan © IrsteaQu’en est-il des données statistiques ? "Pour créer une alerte, on compare soit les observations de pluie, soit les débits modélisés à des grandeurs statistiques. Est-ce que le niveau observé de pluie ou du cours d’eau dépasse une valeur décennale (probabilité d'être dépassée de 1/10 chaque année) ? C’est ce qui définit le niveau de gravité." Il y a donc des références statistiques, issues de base de données fournies par la méthode Shyreg, développée par Irstea dans le cadre de la prévention des crues. "En comparant nos observations du phénomène en temps réel avec ces statistiques, on peut émettre une alerte : ‘Attention, on va dépasser tel seuil correspondant à un événement relativement rare qui peut entraîner des dégâts’."

Grâce à cette méthode, une cartographie est réalisée, actualisée toutes les 15 minutes et "coloriée" (les couleurs définissent le niveau d’alerte : du bleu au violet).

AIGA concerne surtout les crues rapides, pour lesquelles le temps de réaction est faible et l’anticipation cruciale. La méthode a ainsi été testée en région méditerranéenne, région la plus soumise aux crues rapides par son climat (fortes intensités de pluies) et la nature de ses bassins versants (présence de reliefs). Elle a également été déployée en montagne, dans le cadre du projet RHyTMME, où l’enjeu était d’affiner l’observation de la pluie dans ces zones sujettes à de fréquents aléas naturels et au relief complexe. "La méthode montre un intérêt certain dans tout ce qui est organisation de secours, pour localiser les endroits où il y a un événement fort qui se présente." Le Schapi a d’ailleurs retenu AIGA pour développer son service d’anticipation des crues rapides sur l’ensemble du territoire. Mise en œuvre opérationnelle prévue en 2016.

© Irstea

Affiner l’alerte

Bien qu’utilisés dans les systèmes de prévision des crues, ces outils et méthodes restent des objets de recherche, c’est-à-dire en constante évolution. Pour Patrick Arnaud, c’est une évidence : la méthode AIGA va certes être déployée sur le territoire français, mais "elle doit toujours être améliorée afin d’être plus fiable. Cela veut dire intégrer de nouvelles données comme des prévisions de pluies, améliorer la réactivité du modèle, affiner la régionalisation de la méthode, etc.". L’alerte est exigeante. Mais ce travail quotidien n’empêche pas les équipes de réfléchir à de nouveaux développements.

Le modèle GRP, par exemple, fournit aujourd’hui des prévisions toutes les heures. Pourrait-on réduire cette temporalité à quelques minutes (6-10 min.), à l’image des radars météorologiques ? Une thèse est en cours.

Pour la méthode AIGA, plusieurs pistes se dessinent. Notamment, ne plus seulement dépendre de la pluie observée, mais travailler sur des scénarios de pluies prévues : c’est ce que l’on appelle des prévisions d’ensemble ou probabilistes. Une autre piste concerne la définition des seuils d’alerte, comme l’explique Patrick Arnaud : "aujourd’hui, ces seuils sont définis par rapport à la rareté de l’événement. On ne tient pas compte du lieu. L’idée serait d’intégrer les enjeux (zones vulnérables, enjeux économiques, etc.) présents le long du cours d’eau pour permettre de relativiser les seuil de déclenchement des alertes." Affiner l’alerte, encore et toujours…

La métrologie environnementale pour les services de prévision

Les travaux en métrologie (science de la mesure) et en hydrométrie contribuent à garantir la fiabilité des données de débit, ces mesures vont impacter la qualité des prévisions et des alertes. Les équipes du centre Irstea de Lyon-Villeurbanne spécialisées en métrologie environnementale travaillent sur la qualité de la mesure des débits et son incertitude. Ils contribuent aussi à la mise au point de nouvelles méthodes de mesures (radar Doppler, stations de mesure de débit par analyse d’images, suivi des flux de sédiments, etc.), à l’aide d’équipements exceptionnels.

Cette expertise vient en appui aux services de prévision (DREAL, etc.) et aide à améliorer la qualité des données fournies en encourageant telles types de mesures, telle installation de capteurs ou encore en développant des outils de calcul pour évaluer les incertitudes.

En savoir plus


[1] AIGA : Adaptation d’informations géographiques pour l’alerte en crue. Brevet Irstea – Météo-France.