https://flowres.irstea.fr/en/
Améliorer l’évaluation des hauteurs et vitesses de l’eau dans les plaines d’inondation dont l’occupation du sol varie
Selon la directive européenne sur les inondations, l’aléa hydraulique (hauteurs, vitesses) doit être évalué avec précision dans les zones à haut risque lors des crues extrêmes. Or, la prédiction des écoulements dans les plaines inondables n’est pas aisée en raison de l’absence de données de terrain et du lien étroit entre résistance à l’écoulement et occupation du sol (Figure 1). Le confinement et l’hétérogénéité des rugosités hydrauliques (comme des arbres, des maisons, …) dans les directions latérales et longitudinales varient fortement avec l’augmentation de la période de retour de la crue. Les processus physiques sont complexes, encore largement inexplorés, et les hypothèses liées à la modélisation numérique de ces écoulements ne peuvent être validées sans données de terrain. Le projet Flowres vise à améliorer l’évaluation de l’aléa dans les plaines inondables en s’appuyant sur les données expérimentales et sur un cas de terrain (les inondations à Besançon).
Figure 1. Occupation du sol des plaines d’inondations le long de la Moselle, à Uckange (France). Résistance à l’écoulement due au frottement de fond (prairies et terres cultivées) at aux forces de trainées exercées sur les élements de rugosités de type arbres et maisons.
Analyser en laboratoire les écoulements de crues extrêmes, évaluer et améliorer les pratiques de modélisations existantes pour ce type écoulements
Des écoulements de crues faibles à extrêmes ont été modélisés dans des canaux de laboratoire (Tâche n°1). En s’appuyant sur des mesures à grande échelle (celle d’un tronçon de rivière) ou petite échelle (celle d’un élément de rugosité hydraulique, comme un arbre ou une maison), la structure des écoulements a été analysée pour différents types d’occupation du sol. Le projet s’est focalisé sur l’étude des effets (i) de transitions longitudinales et transversales de rugosités hydrauliques (d’une forêt à une prairie ou une zone habitée), (ii) du niveau de confinement vertical des éléments de rugosité (émergent/submergé), et (iii) de leur distribution spatiale. Durant la tâche n°2 (« Évaluation et amélioration des pratiques de modélisation »), les données expérimentales ont été comparées à leurs simulations numériques. Certaines méthodes classiques de modélisation de la résistance à l’écoulement ont été testées et améliorées pour restituer la physique quelle que soit l’importance du débit. Les codes et méthodes ont ensuite été appliqués à l’inondation de Besançon. Des crues de période de retour 100, 1000 et 10000 ans ont été simulées sur cette zone avec les méthodes classiques et améliorées, et les écarts en termes de hauteurs et vitesses ont été estimés. Les incertitudes liées aux estimations des débits et aux simulations de l’inondation ont été quantifiées. Un ensemble de recommandations pour la modélisation des crues extrêmes a été tiré de ces travaux.
Résultats majeurs du projet :
Des données expérimentales d’écoulements de crues faibles à extrêmes ont été collectées dans quatre canaux de laboratoire, et vont être mises à disposition de la communauté scientifique internationale, notamment via la base de données européenne https://zenodo.org/. Les processus prédominants de résistance à l’écoulement ont été analysés et quantifiés, modélisés théoriquement et numériquement. Un guide de recommandation pour la simulation des écoulements de crues extrêmes, destiné aux opérationnels, est en écriture et sera présenté à la conférence internationale Simhydro, à Nice en juin 2019. Quatre nouveaux partenariats scientifiques sont nés de ce projet.
Production scientifique depuis le début du projet :
L’ensemble des travaux a été (ou va être) valorisé dans 21 articles de revue scientifique, 26 communications scientifiques avec actes (essentiellement des conférences internationales), et 1 chapitre d’ouvrage scientifique. Parmi ces publications, 36 portent sur les processus physiques associés aux crues extrêmes, notamment en présence de rugosité de fond et d’éléments de rugosités émergés et immergés ; 10 portent sur la comparaison simulations / expériences ; et 4 portent sur la simulation de cas de terrain. https://flowres.irstea.fr/publications/
Informations factuelles :
Le projet Flowres est un projet de recherche fondamentale et appliquée coordonné par l’Institut national de Recherche en Sciences et Technologies pour l’Environnement et l’Agriculture (Irstea), Lyon-Villeurbanne (coordinateur : S. Proust, UR Riverly). Il associe également, l’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA), l’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse (IMFT), le Laboratoire d’Hydraulique Saint-Venant (LHSV – EDF R&D), Chatou, ainsi que l’Instituto Superior Técnico (IST), Lisbonne, Portugual, le National Laboratory for Civil Engineering (LNEC), Lisbonne, Portugual, l’Université catholique de Louvain (UCL), Louvain-la-Neuve, Belgique, la Direction des Recherches Hydrauliques du Service Public de Wallonie (SPW), Châtelet, Belgique, l’Université i Agder (UiA), Norvège, le Karlsruhe Institut of Technology (KIT), Allemagne, l’Ecole Nationale Polytechnique d’Alger (ENPA), le National Institute of Technology de Rourkela (NIT), Inde, et Aberdeen University, Royaume Uni. Le projet a commencé le 1er janvier 2015 et a duré 48 mois. Il a bénéficié d’une aide ANR de 584 810 € pour un coût initial global évalué à 1 532 650 €.
