Perception des incertitudes de modélisation

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Présentation

Ce thème s'intéresse à une approche interdisciplinaire d'évaluation des incertitudes de modélisation des inondations, des risques résultants et de la perception qu'en ont différents groupes sociaux (scientifiques, société civile, population) pour disposer d'un retour nous permettant d'améliorer nos méthodes, nos outils et nos représentations (résultats de simulation, cartes et indicateurs de risque).

Contexte

Crues et inondations provoquent très fréquemment des pertes en vies humaines et des dégâts matériels considérables. La simulation numérique est un outil classique pour établir des cartes de l'aléa inondation et de nombreux modèles (commerciaux ou recherche) existent pour identifier les zones sujettes à inondation, pour aider les décisionnaires dans la conception de plans d'aménagement opérationnels et dans la prise de décisions en urgence.

Néanmoins, ces logiciels basés sur de la modélisation numérique et des systèmes d'information géographique ne sont pas parfaits, en particulier dans le cas d'une modification locale et soudaine de l'écoulement (embâcle sur un cours d'eau, coulée de boue, mouvement de terrain...) ou dans le cas d'un événement météorologique extrême.

Ces imperfections de modélisation peuvent être étudiées et prises en compte au moyen de calcul d'incertitudes pour mettre à l'épreuve la robustesse des méthodes de simulation de l'aléa inondation et du risque, et en déduire des informations importantes sur le risque associé à ces erreurs de modèles.

Activités

Modélisations conceptuelles

Ce thème s'intéresse à la modélisation numérique des bassins versants (hydrologie, hydraulique) et à la modélisation des socio-écosystèmes (sciences humaines) de ces bassins versants dans le cadre du projet Idex-Emergence 2017-2019 PRIM'Eau, comme accronyme "Perception du risque et des incertitudes de modélisation-Eau".

Le cas d'étude principal concerne le bassin versant du Mutterbach (Moselle-Est) pour la richesse de ses aménagements hydrauliques et leurs usages au cours des 100 dernières années.

Méthodes numériques

Les incertitudes sont inhérentes à l'expérimentation, à la simulation numérique, ou bien encore l'analyse des risques. Aussi est-il nécessaire de les étudier (source, nature, impact...) et de les prendre en compte dans les modèles pour pouvoir interpréter et critiquer rigoureusement les résultats scientifiques.

Le calcul des incertitudes vise à mesurer et à interpréter les variations des résultats d'un modèle numérique en fonction de perturbations plus ou moins importantes des hypothèses (complexité des modèles) et des paramètres de modélisation, mais aussi des données utilisées (disponibilité, précision...). Cette problématique de recherche est transdisciplinaire.

Dans ce thème, les méthodes et logiciels existants sont tout d'abord évalués sur la base d'un modèle d'onde diffusive et d'un modèle conceptuel utilisés sur un même bassin versant. Ultérieurement, des méthodes de haut degré seront proposées.

Best practices

Les méthodes numériques développées sont utilisables dans d'autres contextes. En voici un premier exemple.

Sensibilités

Cette étude concerne la modélisation d'écoulements souterrains sous une plate-forme industrielle afin d'évaluer les dispositifs d'atténuation des risques mis en place. Ce sont deux drains modélisés comme des rivières, en rose sur la figure (a) et d'une barrière quasi-imperméable représentée en noir. Les hauteurs piézométriques calculées sans perturbation sont tracées dans la figure (c). Par un calcul de sensibilité locale, la zone concernée par la barrière imperméable et les variations de hauteurs piézométriques sont très précisément évaluées, figures (c) et (d). Les lignes de flux sont tracées en rose dans la figure (c). A notre connaissance, la sensibilité des lignes de flux n'avait jamais été étudiée. Ces résultats sont publiés dans [2-MCWM17].

Mesures d'atténuation des risques et calcul de sensibilité