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Prévision des crues : développements récents ou en cours en France (HU)

De Wikhydro

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Traduction anglaise : Flood forecasting : recent or ongoing developments in France

Dernière mise à jour : 17/10/2024

article en chantier

Le projet Vigilance 2, lancé en 2013 par le SCHAPI et les SPC, intégrait beaucoup des nouveaux services en préparation :

  • affichage graphique, sur le site https://vigicrues.gouv.fr, des niveaux d’eau et débits prévus et des incertitudes associées, sous une forme accessible tout en restant rigoureuse ;
  • mise à disposition de cartes de zones inondées potentielles reliées à différentes hauteurs d’eau aux stations de prévision ;
  • anticipation des crues soudaines (le futur Vigicrues Flash) ;
  • prévision des hautes eaux en zone fluviomarine ;
  • rénovation profonde du dispositif de mise à disposition de l’information auprès du public (avec tablettes, smartphones, avertissements personnalisés par SMS ou courriels, etc.) et d’échanges avec les divers partenaires de la gestion de crise et avec le public, un nouveau portail de services, plus complet, plus ergonomique et, aussi, plus interactif et paramétrable, accessible depuis les smartphones et les tablettes.

Cet article fait le point sur les développements déjà opérationnels et ceux qui vont le devenir prochainement.

Avertissement : Cet article, ainsi que ceux auxquels il renvoie ci-dessous, est spécifiquement centré sur la prévision, en France, des crues et des débordements des cours d’eau aujourd’hui pris en charge par le réseau et le système Vigicrues. Cette prévision s’appuie notamment sur les données météorologiques produites par Météo-France, et les données hydrométriques produite par le réseau HydroPortail. D'autres dispositifs de prévision et d'alerte existent, en particulier :

  • Prévision de hautes eaux marines produites par le SHOM et Météo-France ;
  • Prévision de crues de cours d’eau plus locaux, assurées par des Établissements publics territoriaux de bassins ou des collectivités territoriales assumant la compétence GEMAPI ou la gestion des systèmes d’assainissement pluvial, en liaison ou non avec des cours d’eau sur leur territoire ;
  • Détection des risques d’inondation, par des organismes comme PREDICT ou Météorage, et/ou aide des maires à la préparation et à la gestion des crises, comme, PREDICT.

Cet article a bénéficié de la relecture et des contributions de Renaud Marty (DREAL Centre Val-de-Loire / SPC Loire, Allier, Cher, Indre) et de Bruno Janet (SCHAPI).

Il fait partie d'une série de sept articles qui traitent des différents aspects de la prévision des crues par les services de l’État. En plus de celui-ci, cette série comprend :

Sommaire

L’affichage des prévisions et des incertitudes associées

Le texte du bulletin Vigicrues permettait depuis le début des années 2010 d’avoir accès à des tendances du niveau et du débit des crues à la hausse ou à la baisse, ainsi qu’à des prévisions à plusieurs heures, réalisées par certains SPC, avec des indications de fourchettes hautes et basses. En 2013, le Conseil scientifique et technique du SCHAPI a adopté le rapport d’un de ses groupes de travail (Becerra et al., 2013) qui, sur la base d’une analyse d’un certain nombre de retours d’expérience et d’enquêtes :

  • identifiait en priorité n°1 d’apporter des réponses aux questions de représentation des incertitudes liées aux prévisions des crues et des inondations ;
  • recommandait fortement de renforcer le site Vigicrues en affichant les prévisions de crues et les incertitudes inhérentes, croissantes avec l’éloignement de l’horizon de prévision.

Un groupe de travail interne au réseau pour la prévision des crues, en 2014-2015, a :

  • produit une série de fiches de méthode et d’analyse, ainsi que des exemples commentés, publiées sur Wikhydro, (Catégorie : Incertitudes), et largement citées dans l'article Prévisions des crues : erreurs, incertitudes et évaluation des performances, et utilisées pour la formation des prévisionnistes,
  • proposé le développement de deux outils et méthodes complémentaires :
    • avec un calcul automatique se basant sur les erreurs passées des modèles (méthode OTAMIN : OuTil Automatique d’estiMation de l’INcertitude prédictive), en s’appuyant sur les travaux de François Bourgin dans sa thèse encadrée par l’INRAE (ex-IRSTEA) (Bourgin, 2014). Cette méthode vise à associer de manière automatique et systématique des intervalles prédictifs aux prévisions hydrologiques et hydrauliques obtenues avec différents modèles déterministes utilisés de manière opérationnelle au sein du réseau national français pour la prévision des crues ;
    • en faisant appel à l’expertise des prévisionnistes et permettant de modifier manuellement l’incertitude fournie par le modèle, en se basant sur les travaux réalisés par Lionel Berthet (Berthet et al., 2016).

Cela s’est traduit à partir de 2016 par un essor régulier des stations avec publication graphique des prévisions de débits et niveaux d’eau prévus avec les incertitudes associées sur le site Vigicrues. En septembre 2024, plus de 600 stations de prévision en bénéficient.

De la prévision des crues à la prévision des inondations

La prévision des Zones d’Inondation Potentielle (ZIP) et des Zones Inondées d’iso-Hauteur d’eau de submersion (ZICH) est le service développé le plus opérant pour les autorités chargées de la gestion des crises d’inondations (Escudier, 2018) et pour les personnes directement concernées. C’est aussi la forme la plus concrète et la plus parlante pour chacun(e), qui peut situer sur une carte l’établissement dont il est responsable, ou son lieu de travail, ou son habitation, ou ses trajets, etc. Ces cartes peuvent aussi constituer des supports bien adaptés pour situer de façon partenariale les principaux enjeux et débattre de l’opportunité des mesures à prendre dans le cas où se produirait une inondation de tel ou tel niveau de gravité.

Ce service nécessite :

  • la vérification et la précision, centimétrique, de l’altitude des zéros d’échelles hydrométriques, qui serviront de référence,
  • l’utilisation d’un modèle hydrodynamique donnant en référence la ligne d’eau dans le lit mineur ;
  • la modélisation de l’inondation du lit majeur basée sur une représentation numérique de la surface du sol de la plaine inondable, suffisamment précise (de l’ordre de 10 cm à 20 cm) en altimétrie ; les relevés LIDAR pour une grande partie des zones inondables, réalisés au début des années 2010 dans le cadre, notamment, des Evaluations Préliminaires des Risques d’Inondation (EPRI) nationale et par Districts (ou grands bassins versants), constituent pour cela une matière première d’un grand intérêt ;
  • la capacité de traduire les incertitudes pesant sur les niveaux d’eau prévus en incertitudes reportées sur les contours des ZIP et des ZICHu sur l’évaluation des classes de vitesse de l’eau aux moments critiques (notamment à l’envahissement de la zone inondable ou lors de sa vidange) ;
  • la prise en compte, lorsqu’ils sont connus, des éléments perturbateurs (sur-inondation par la crue d’un cours d’eau local "bloqué" dans son écoulement vers le cours d’eau principal ; perturbation inopinée des écoulements dans le lit majeur ; venues d’eau, via des réseaux d’assainissement mal maîtrisés, ou par remontée de nappe, dans les points bas du lit majeur ; etc.) qui peuvent provoquer de façon localisée des écarts significatifs entre ce qu’indiquent les cartes de ZIP et la réalité, ce qui explique la nécessité de l’adjectif "potentielles".

Ces cartes de ZIP sont préétablies en constituant des jeux de cartes correspondant à une gamme de crues (de l’ordre de trois à une dizaine par site). En préparation et en complément de leur utilisation en prévision, ces jeux de cartes de ZIP peuvent aussi servir de base à un enrichissement par le positionnement des enjeux et d’autres éléments de préparation de la gestion des crises. Ce travail d’élaboration des ZIP et ZICH est orchestré par les Services de Prévision des Crues en partenariat avec les DDT(M) en tant que Référents techniques Départementaux pour la préparation et la gestion des crises d’Inondation (RDI), ainsi qu’avec les services d’alerte et de secours, les collectivités et les responsables des entreprises et services publics concernés ou des associations. Ces échanges aideront aussi les uns et les autres à se mettre en situation, de manière assez concrète, pour anticiper les mesures à prendre, dans le cadre des plans de sauvegarde, notamment des Plans Communaux, ou Intercommunaux, de Sauvegarde (PC(I)S). Des interactions pourront être aussi très bénéfiques avec les prestataires des collectivités en matière d’élaboration de PC(I)S et de soutien à leur mise en œuvre en situation de crises. Enfin, ces cartes de ZIP et ZICH peuvent être précieuses pour l’évaluation de la vulnérabilité des territoires inondables et des risques d’inondation. En septembre 2024, 375 stations de prévision sont actuellement dotées de ZIP, sachant que celles-ci ne peuvent couvrir qu’une partie du tronçon ce cours d’eau concerné par la prévision de niveau d’eau ou de débit ; cette partie, relativement proche de la station, est fréquemment celle qui recèle les vulnérabilités les plus importantes.

Dans certains cas particuliers, il pourra être prévu d’établir des cartes de ZIP et ZICH en temps réel, ce qui apparaît techniquement envisageable.

L’anticipation des crues soudaines par modélisation hydrologique globale (Vigicrues Flash)

Les crues soudaines sont des crues se produisant à l'aval de petits bassins versants très réactifs. Elles sont particulièrement difficiles à prévoir pour deux raisons :

  • le temps de réponse du bassin versant est très court (en général moins de 6 heures) ;
  • le cours d'eau concerné par la crue n'est généralement pas équipé de station de mesure.

Pourtant, c'est ce type de crue qui est le plus dangereux en termes de risques de perte de vie humaine du fait de la brutalité du phénomène. L'anticipation des crues soudaines constitue donc un enjeu très important, ce qui justifie la mise en place d'un service spécialisé.

Au niveau européen, les projets IMPRINTS (regroupant des centres de recherches suisses, espagnols, italiens et français, lancé en janvier 2009 et clos en novembre 2012), WeSenseIt et UrbanFlood, financés par l'Union Européenne, ont permis de poser les bases de systèmes de prévision et d'alerte pour des crues soudaines, en s’appuyant sur les observations radar-météorologiques et sur des prévisions de précipitation. Des applications ou des développements sont en cours de mise au point en Espagne, en Suisse et en France (voir ci-dessous).

En outre, les indicateurs de crues éclairs élaborés dans le cadre du projet IMPRINTS sont à présent utilisés par le dispositif opérationnel European Flood Awareness System (EFAS).

En France, dès 2008, le SCHAPI lançait une réflexion sur l’anticipation des crues soudaines, en liaison avec Météo-France, menée par le CEMAGREF d’Aix-en-Provence (devenu IRSTEA puis INRAE). Les inondations meurtrières dans le secteur de Draguignan dans le Var, en 2010, ont accéléré l’établissement du Plan interministériel sur les Submersions Rapides (PSR) (https://www.ecologie.gouv.fr/sites/default/files/Le_plan_submersion_rapide.pdf), adopté début 2011, qui a décidé le développement opérationnel d’un service d’anticipation des crues soudaines. Le SCHAPI a lancé, avec les SPC ainsi que l’IRSTEA (devenu INRAE), Météo France, l’IFSTTAR (ex-LCPC, devenu l’Université Gustave Eiffel) et d’autres partenaires scientifiques, ce chantier visant à mieux anticiper les crues soudaines qui surviennent sur les bassins versants :

  • qui réagissent en quelques heures (approximativement de 2h à 6h),
  • situés en dehors du réseau hydrographique surveillé par l’État, bénéficiant d’une prévision des crues classique,
  • et correctement couverts par le réseau des radar météorologiques.

L’option a été prise de s’appuyer sur les outils (modèle AÏGA) élaborés par l’IRSTEA (devenu INRAE) et testés, notamment, dans le cadre du projet RHYTMME (commun avec Météo France et la Région Provence-Alpes-Côte d’Azur) pour développer un service automatique d’avertissement destiné aux autorités locales en délivrant aux préfets, aux services de gestion de crise et aux maires, une information sur la possibilité d’une crue imminente et sur son degré de sévérité, en liaison forte avec l’Avertissement sur les Pluies Intenses à l’échelle des Communes (APIC), un service d’observation gratuit proposé par Météo-France aux préfets et aux maires, ainsi qu’à leurs services pour les informer en cas de précipitations inhabituellement intenses. opérationnel depuis 2011. Deux instances, mises en place en 2014, sont chargées de suivre ce projet : un comité de pilotage, qui valide les contours du service et fixe le calendrier de déploiement, et un comité des utilisateurs chargé de faire remonter les attentes des acteurs de terrain.

Ce service a été rendu opérationnel, sur environ 10 000 bassins versants, y compris certains dont le temps de réponse dépasse 6 heures, en mars 2017, sous le nom de Vigicrues Flash. (https://www.ecologie.gouv.fr/sites/default/files/Brochure_APIC_Vigicrues_Flash_2021.pdf)

La couverture par Vigicrues Flash est, en septembre 2024, de 39 000 km de cours d’eau, concernant 11 300 communes.

Il pourra continuer à évoluer, notamment grâce aux résultats obtenus (restitués le 18/05/2022) et aux perspectives ouvertes par le projet de recherche Prévision Immédiate intégrée des Impacts des Crues Soudaines (PICS) (https://anr.fr/Projet-ANR-17-CE03-0011), qui est structuré en quatre tâches scientifiques principales :

  • la prévision immédiate des pluies et des débits, obtenue en couplant des modèles hydrologiques distribués avec des produits de prévisions de précipitations à très courte échéance basés sur les systèmes opérationnels de Météo-France,
  • l'estimation des zones inondées, à partir de méthodes de calcul hydraulique 1D et 2D basées sur des modèles numériques de terrain à haute résolution, pour convertir les débits en estimation des zones inondables et des hauteurs / vitesses d'eau associées,
  • la modélisation des impacts socio-économiques qui doit intégrer de façon explicite les informations disponibles sur les zones inondées pour l'estimation des impacts de différentes natures,
  • enfin, l’intégration et l’expérimentation, qui consiste à définir, appliquer et tester les chaînes de prévision intégrées sur différentes études de cas.

explicite les informations disponibles sur les zones inondées pour l'estimation des impacts de différentes natures.

La couverture par Vigicrues Flash est, en septembre 2024, de 39 000 km de cours d’eau, concernant 11 300 communes.

L’amélioration des prévisions en zones côtières et fluviomaritimes

Le dispositif français de prévision des crues et des inondations concernant les hautes eaux dans les zones fluviales sous influence marine a été relativement faible, jusqu’au début des années 2010 ; c’était encore plus dans les zones côtières de faible altitude qui ne sont pas traversées par un fleuve relativement important, faute, notamment, de désignation d’une administration clairement porteuse de cette question.

Par suite des tempêtes LOTHAR et MARTIN de fin décembre 1999, un premier dispositif a été mis en place pour l’estuaire de la Gironde. Le modèle de prévision des hautes eaux dans ce large estuaire est complexe et lourd en raison de la diversité des phénomènes physiques s’y produisant: crues de la Garonne et de la Dordogne, marée astronomique, possibilités de surcotes dues à des basses pressions, au vent ou à la houle, au déferlement des vagues, etc. Malgré tout, une chaîne de modélisation opérationnelle a été mise en place, sur la base du modèle hydrodynamique TELEMAC-2D. Adapté à la Gironde et utilisé en parallèle par EDF pour prévoir les hautes eaux au niveau de la centrale du Blayais, le modèle a été implanté à Météo-France. Il est alimenté par des données provenant du SPC Gironde-Adour-Dordogne et de l’équipe d’hydrométrie associée, du Service hydrologique et océanographique de la Marine nationale (SHOM), des prévisionnistes de Météo-France. Ce modèle est en partie développé en mer pour atteindre la haute mer (à quelques dizaines de kilomètres des côtes) où la prévision des niveaux marins par les modèles océanographiques est assez fiable.

Cette expérience a montré la faisabilité d'un modèle de prévision pour ce type de zone.

Par suite de la tempête Xynthia de fin février 2010, il a été décidé, dans le cadre du Plan sur les Submersions Rapides (PSR, 2011), d’améliorer sensiblement les prévisions de niveau marin à l’entrée des embouchures fluviales et la connaissance fine de l’altimétrie des zones côtières basses. Pour atteindre cet objectif, deux avancées importantes ont été réalisées :

  • la densification du réseau de marégraphes RONIM, du SHOM : ces marégraphes mesurent en continu et télétransmettent le niveau de la mer dans les ports ;
  • La mise en place d'un MNT bathymétrique (décrivant la distribution spatiale de l’altimétrie des fonds marins à proximité des côtes) sur la façade Atlantique permettant de mieux prévoir la hauteur d'eau et l'état de la mer à la côte. Ce MNT a une résolution de 0.001° (~ 111 m). Il englobe également une partie de Mer du Nord, la Manche ainsi que le Golfe de Gascogne. Il a été réalisé dans le cadre du projet HOMONIM.

Les informations qu'il produit peuvent servir de conditions aux limites pour des modèles hydrodynamiques et permettent de simuler, "sans aller en mer", les hautes eaux :

  • en estuaire par des modèles hydrodynamiques 2D mais aussi 1D, ou des couplages de ceux-ci,
  • le long des zones côtières de basse altitude.

Ces chaînes de modèles sont opérationnelles, ou en cours de test, sur les estuaires de l’Adour et de la Seine. Des améliorations sont progressivement apportées notamment en prenant plus précisément en compte les zones de débordements, ou en recherchant les méthodes les plus adaptées d’assimilation de données hydrométriques acquises en temps réel, que ce soit avec des modèles 1D, MASCARET ou MAGE (Camenen et al., 2021) ou 2D, TELEMAC-2D (Laborie, 2021).

Ces éléments nouveaux ont aussi permis de consolider le volet "vagues - submersion" de la vigilance hydrométéorologique coordonnée par Météo-France, mis en service dès 2011, élaboré avec le Service Hydrographique et Océanographique de la Marine nationale (SHOM), en ouvrant la voie vers une prévision plus précise des submersions directes ou influencées par les eaux marines.

L’amélioration de la communication et des échanges avec les destinataires des prévisions

Les destinataires des prévisions sont multiples, ce sont :

  • les préfets qui transmettent l’alerte aux maires, ainsi qu’aux services placés sous leur autorité en cas de crise (Services d’incendie et de protection civile, police et gendarmerie, DDT(M), …), et qui coordonnent la gestion de crise dès lors que son ampleur est intercommunale ;
  • les responsables nationaux (au sein du Centre Opérationnel de Gestion Interministérielles des Crises – COGIC -) et inter-régionaux (Centre Opérationnel de Zone de Défense - COZ -) de l’alerte et de secours,
  • les maires et les services (communaux et intercommunaux) qu’ils peuvent mobiliser ;
  • les services locaux de l’Etat chargés de l’alerte, de la mise en sécurité et des secours ;
  • en cas de crise grave, les services centraux des Ministères chargés de l’Environnement et de l’Intérieur ;
  • le public : responsables de services et de réseaux publics ou d’établissements soumis au risque d’inondation ; personnes habitant, travaillant ou circulant dans les zones inondables concernées.

L’exigence sociale en matière d’information sur la sécurité s’est beaucoup accrue ces dernières décennies, demandant, pour l’anticipation des inondations, plus de visibilité, une traduction plus concrète des prévisions et de leurs échéances, et des délais d’anticipation plus longs.

Le projet Vigilance 2, pour cerner les attentes prioritaires des divers bénéficiaires de la prévision des crues et des inondations, s’est appuyé sur une phase d’enquêtes et d’entretiens, menée en 2014, qui a notamment fait émerger plusieurs types d’attentes : une navigation plus intuitive et adaptée aux terminaux mobiles ; des prévisions de niveau d’eau et de débit plus réactives et plus précises ; un service d’avertissement personnalisé par SMS ou courriel. Programmée jusqu’à la mi-2016, la définition du contenu et de l’ergonomie du futur portail a été suivie d’une phase de développement pour une mise en service progressive jusqu’en 2019.

La publication graphique des fuseaux d’incertitude pour un nombre rapidement croissant de points de prévision fait l’objet d’une réflexion en cours sur les termes de communication sur le sujet dans les bulletins

Bibliographie

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