Le Cerema présente une méthode pour modéliser le ruissellement au colloque de la Société Hydrotechnique de France (SHF)
Cerema Communication
Les 29 novembre, 1er et 2 décembre 2020, s’est tenu le e-colloque consacré au ruissellement, co-organisé par la Société Hydrotechnique de France (SHF) et l’Association Nationale des Elus des Bassins (ANEB). La méthode Exzeko pour cartographier l'aléa lors d'intempéries sur els bassins versants.
Près de la moitié des sinistres liés aux inondations sont aujourd’hui observés hors des emprises connues de débordement de cours d’eau. Ces désordres, dispersés sur le territoire, sont classés dans la catégorie "ruissellement". Leur importance et leur fréquence imposent leur prise en compte dans les politiques de prévention.
Ce colloque était consacré au risque ruissellement et visait à favoriser un partage de connaissances et d’expériences entre scientifiques, ingénieurs, responsables et acteurs de la mise en œuvre de politiques de prévention.
Une méthode pour modéliser le ruissellement sur les bassins versants
A cette occasion, le Cerema (Ile-de-France) a présenté un poster consacré à l’utilisation de la méthode Exzeco[1][2] (EXtraction des Zones d’ECOulement) en tant qu’outil de cartographie et de connaissance de l’aléa ruissellement, via un cas pratique.
De manière générale, la connaissance et la cartographie de l’aléa ruissellement sont peu faciles. Le phénomène touche des petits bassins versants dont les comportements et le réseau hydrographique sont mal connus. Sur des zones de faible superficie, il est possible de faire une expertise relativement minutieuse du territoire concerné, voire d’utiliser des techniques de modélisation. En revanche, sur des territoires de grande étendue (par ex. au-delà de 100 km²), il peut être judicieux de faire appel à des méthodes automatisées qui permettront d’identifier les secteurs les plus à risque.
C’est ce que propose cette utilisation de la méthode Exzeco, méthode purement topographique qui permet d’identifier de façon paramétrée les thalwegs les plus à risque et les zones d’accumulation.
Exzeco est une méthode fondée sur l’utilisation de l’algorithme D8 qui permet de déterminer le réseau hydrographique à partir d’un Modèle Numérique de Terrain (MNT). Le D8 indique la direction de l’écoulement à partir de l’altitude, en d’autres termes quelles mailles du MNT s’écoulent dans quelles mailles. Le calcul final donne en tout point la superficie drainée amont. Le principe de la méthode (voir lien ci-dessous) consiste à modifier aléatoirement chaque maille du MNT, via l’ajout ou non d’une certaine hauteur.
Cette opération conduit à l’obtention d’un nouveau réseau hydrographique. Cette opération est réitérée de nombreuses fois , ce qui permet de faire ressortir les surfaces qui représentent les zones préférentielles d’écoulement et leurs emprises associées.
La figure ci-dessous permet de comprendre comment l’emprise inondable définie par Exzeco détecte le fond plat du thalweg, en d’autres termes son lit majeur.
A gauche : emprise inondable (en bleu clair, hauteur de remplissage 25 cm) associée à un
axe d’écoulement (en bleu foncé)
A droite : profil topographique transversal au niveau du thalweg mettant en évidence son
fond plat associé à l’emprise inondable retenue
Un autre algorithme issu de la chaîne de traitement du D8 détermine les zones d’accumulation ou cuvettes. Un exemple de rendu obtenu est présenté dans la figure ci-après :
Extrait cartographique des zones d’accumulation retenues (en bleu) à partir des cuvettes
topographiques
C’est l’ensemble de ces fichiers résultats qui sont utilisés pour établir une cartographie de l’aléa ruissellement. La méthode a ainsi été appliquée sur le bassin versant de la Beuvronne. Ce bassin versant de 200 km², relativement rural se situe en Seine-et-Marne (77). Trois niveaux d’aléa ont été définis : fort, moyen, faible.
L’enveloppe de l’aléa fort a été définie en :
- considérant les axes d’écoulement affectés d’une zone tampon de 10 m de part et d’autre. Il s’agit, en effet, des zones où sont observées des vitesses fortes et des risques d’embâcles.
- considérant les cuvettes topographiques de profondeur supérieure à 0,8 m, au sein des secteurs affectés par le ruissellement, c’est-à-dire les zones de stockage et d’accumulation d’eau.
- utilisant une emprise de hauteur de remplissage de 15 cm pour des superficies drainées supérieures à 5 km², afin de prendre en compte les lits majeurs à partir de ruisseaux/fossés plus conséquents.
Pour définir l’enveloppe de l’aléa moyen et celle de l’aléa faible, une règle mettant en relation hauteur de bruitage et superficie drainée a été mise en œuvre. Elle repose sur le principe que la hauteur d’eau augmente de l’amont vers l’aval.
Une expertise finale des résultats issus d’Exzeco, comparés aux données historiques disponibles et à des vérifications de terrain a permis de proposer une cartographie globale sur le bassin versant de la Beuvronne.
Extrait de la carte au niveau de la commune de Montgé-en-Goële (77)
[1] Pons F., JL.Delgado, P.Guero, E.Berthier 2010 - EXZECO : a GIS and DEM bases method for predetermination of flood risk related to direct runoff and flash floods, 9th International Conference on Hydroinformatics HIC 2010 Tianjin, China.
[2] Pons, F., Guero, P., Bruno, K.h., Delgado, J.-L., Berthier, E., Piney, S. and Felts, D. 2010 - Une contribution à l'évaluation de l'aléa inondation par ruissellement et crues soudaines, SimHydro 2010 : Hydraulic modeling and uncertainty, Sophia-Antipolis, France.
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Crédit photo : Florent Adamo - Cerema