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1

Valorisation hydrologique des informations anciennessur les crues : cas de l’Ardèche, du Gard et de l’Hérault

ADA, 24 Fi 38709

Pont d’Aubenascrue du 22 sept. 1890 crue du 22 sept. 1992

M. Lang

5° journées d’étude de l’OHM-CV, Grenoble, 17 nov. 2005

L. Neppel

2

1. Introduction

Pourquoi étudier les crues anciennes ?•••• Entretenir la mémoire des événements passés

Inondation catastrophique

Mesures de réparation Travaux de protection

• phase d’oubli

Développement de l’urbanisme en zone inondable

• perte de mémoire des événements• relâchement dans l’entretien des ouvrages

• forte mobilisation• demande de protection maximale

�� meilleure culture du risque

3

1. Introduction

•••• Elargir le cadre chronologique d’analyse

Pourquoi étudier les crues anciennes ?

-2

0

2

4

6

8

1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501 551 601 651 701 751 801 851 901 951

Année

Var

iabl

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duite

de

Gum

bel

T=1000 ans

T=10 ans

T=100 ans

50 ans 50 ans 50 ans

�� variabilité d’échantillonnage

4

1. Introduction

•••• Réduire l’incertitude d’échantillonnage


Années simulées0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Q10

Q100

Q1000

EV1(

1,0)

Périodes de retour

Déb

its10 100 1000

-2 0 2 4 6 8Variable de Gumbel

-2

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8

0

2

4

Forte variabilité d’estimation

5

10 1001

MODELE 1

MODELE 2

Choix du modèle ?

10000

100

200

300

400

500

600

600

700

T : Période de retour (années)

Chronique continue de débits

1. Introduction

•••• Améliorer l’estimation des crues fortes


Débit (m3/s)

T : Période de retour (années)

Débit (m3/s)

10 1001

MODELE 1

MODELE 2

10000

100

200

300

400

500

600

600

700

6

2. Analyse des crues de l’Ardèche

Projet européen SPHERE (2000-2003)

•••• ObjectifMontrer l’intérêt des informations historiques et géologiques sur les crues pour la prévention des inondations

•••• Partenaires scientifiques��Coordination : CSIC Madrid��Paléo-hydrologie : CSIC Madrid / Univ. Jérusalem�Hydrologie/Hydraulique : Cemagref Lyon / Univ. Valence / INRS Québec��Histoire : Acthys-Diffusion Grenoble / Univ. Barcelone�� Climatologie : Univ. Barcelone / Univ. Stuttgart

•••• Services opérationnels��France : Syndicat Mixte Grenoble / DDE Ardèche��Espagne : Protection civile Madrid / Institut Géologique Madrid /

Agence de l’eau Barcelone

7

Bassin versant

2.1 Les crues de l’Ardèche

Profil en long

Pont

d'A

rc

Ruo

ms

Prad

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Pont

de

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azuc

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0

200

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600

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1000

1200

1400

1600

020406080100120140

Distance auRhône (km)

L'ArdècheLe ChassezacLa Beaume

Altitude (m NGF)

Pont

de

Sala

vas-

Val

lon

Pont

d'A

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St-M

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d’A

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Gorges

710 720 730 740 750 760 770 780

710 720 730 740 750 760 770 780

1920

1930

1940

1950

1960

1970

1980

1920

1930

1940

1950

1960

1970

1980

N

le Lignon

l'Ardèche

la Baume

la Fontolière

la Bourges

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la Baume

l'Ard

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la Lignela L ande

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R. de Salindres

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hassezac

R. de Thi nes

l'Altier

le Chassezac

l'Ardèche

le R

hône

Contribution du bassin de la Loire : centrale

hydroélectrique de Montpezat

3

6

8 9

15

17

20

44

41

22

48

1 2

4

7

11

12

13

14

18

19

21

26

28

31 25

39

40

4246

4951

GARD30

LOZERE48

ARDECHE07

5

10

16

3033

35

47

50

43

29

36

23

37

34

32

24

27

38

4553

Thueyts

Pont deLabeaume

Aubenas

Voguë

Ruoms

Salavas

VallonPontd'Arc

St-Martin-d'Ardèche

Pont-St-Esprit

Joyeuse

Largentière

Les Vans

Villefort

Prévenchère

St-Laurent-les-Bains Valgorge

France

Coordonnées Lambert II (km)

0 10 km

Stations Hydrométriques43

•••• ruissellement rapide dans la zone amontfortes pentes, vallées encaissées, formations granitiques

•••• configuration différente dans la partie avalconfluences de la Beaume et du Chassezac , formations calcaires

Vallon St-Martin

8

Quelques valeurs remarquables récentes au XX° siècle

•••• Précipitations cévenoles (cf. inventaire Météo-France, 1961-1996)��dépassement du seuil de 400 mm à sept reprises� 710 mm au poste de Mayres (10-12 novembre 1996)� 579 mm au poste de Mazan-l’Abbaye (20-21 septembre 1980)

•••• Débits de crue (cf. communication D. Duband, 1994)��dépassement du seuil de 2 m3/s.km2 à deux reprises à Vallon (1930 km2)

� 4550 m3/s (30 novembre 1958)� 3660 m3/s (8 novembre 1982)


9

Quelques valeurs extrêmes au XIX° sièclePrécipitations

1807 : 248 mm (20h)1827 : 792 mm (21h)1846 : 254 mm (24h)1859 : 512 mm (2 jours)1865 : 290 mm (24h)1872 : 275 mm (20h)1890 : 971 mm (5 jours)1907 : 519 mm (24h)

Inventaire 1807-1994 (Météo-France, 1995)

1890 : 7500 m3/s1900 : 5600 m3/s

Estimations à St-Martin de M. Pardé (1925, 1942)

(2370 km2)

Débits

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0:00 6:00 12:0018:00 0:00 6:00 12:00

Temps(h)

Cote (m)

Vallon, sept. 1857(de Mardigny, 1860)

Hydrogramme de crue


10

Méthodologie d’analyse Trois phases

2. 2 Valorisation hydrologique des crues historiques sur l’Ardèche

•••• mise au point d’une grille de lecture

1/ Recherche des informations historiques sur les inondations

•••• collecte des informations�� première chronologie des événements

•••• confection d’un état général des sources

•••• estimation des débits de crue

2/ Analyse hydraulique

�� reconstitution d’une grande série de débits

•••• critique des données limnimétriques

•••• analyse probabiliste

3/ Exploitation statistique

�� évaluation de l’apport de l’information historique

•••• étude de stationnarité

11

Trois niveaux d’investigation2.3 Collecte des informations historiques

•••• archives militaires (topographie)

1/ Niveau national (Paris)

•••• autres fonds : ENPC, BNF, Académie des Sciences, Observatoire deParis, Ville de Paris, SHF …

•••• archives nationales : fonds des ministères (Travaux Publics, Agriculture)

•••• établissements : EdF, Agences de l’Eau

2/ Niveau régional

•••• bibliothèques et fonds spécialisés (M. Pardé, Sogreah, universités …)

•••• archives régionales : Diren, Météo-France …

•••• archives municipales

3/ Niveau local

•••• autres sources : administrations, bibliothèques, musées, associations …

•••• archives départementales : administrations, collectivités, entreprises …

12

Exploitation de l’état général des sources

•••• affichage clair des limites du paysage documentaire (lacunes)•••• appréciation qualitative des informations : nombre de témoignages et

qualité des sources

•••• document de référence pour un secteur donné

1/ Historique des services producteurs d’informations•••• cibler les sources d’information : topographie, hydrométrie, annonce des

crues, météorologie, aménagement du territoire …

2.3 Collecte des informations historiques

�� s’assurer de la traçabilité et de la qualité de l’information

Utilisation d’une grille de lecture�� recherche des informations pertinentes pour l’hydrologue

2/ Historique des méthodes et matériels de mesure•••• situer spatialement les données (topographie) et les incertitudes de mesure

3/ Historique des événements sur le bassin•••• reconstituer une chronologie, à partir des informations en crue et des données sur l’aménagement de la rivière et du bassin versant

13

2.3 Collecte des informations historiques

Collecte et critique des cotes de crues à Vallon

•••• Période récente : 1980-2000� banque HYDRO : chronique de hauteurs et débits instantanés

•••• XXe siècle : 1892-1979� relevés systématiques à partir de 1892 (création du service d’annonce des crues)� comblement des lacunes des fiches mensuelles (examen de plusieurs sources) � confrontation avec les données pluviométriques� stabilité du zéro de l’échelle et historique du nivellement

•••• Période historique : 1644-1891� première échelle à partir de 1857� marques de crue sur le moulin de Salavas� mention de crues historiques (rapports Ingénieurs des Ponts & Chaussées)

1644

16.0

186118881872185318911859184618571772187818271890Année

9.09.410.0*11.111.313.113.514.014.516.117.3Cote

14

Modélisation hydraulique du secteur de Vallon2.4 Reconstitution des débits de crue

Vallon-Pont-d’Arc

Salavas

Pont d’Arc

Pont de Salavas

≈≈≈≈ Ardèche

Moulin de Salavas

Le méandre

15

Modélisation hydraulique du secteur de Vallon2.4 Reconstitution des débits de crue

•••• Calage du modèle sur la crue du 22 septembre 1992 (2800 m3/s)

Profil 1994

Q=4500 m 3 /s

Pont d'ArcPont de Salavas Entrée des gorgesTour du moulin

Q=2800 m 3 /s

67

70

73

76

79

82

85

88

91

94

97

100

103

41800 42800 43800 44800 45800 46800 47800PK (en m)

Alti

tude

s (m

NG

F)

1992 1958laisses 1992 Laisses 19581992 sans seuil

16

Modélisation hydraulique du secteur de Vallon•••• Test du modèle sur 6 crues historiques (1827, 1846, 1855, 1857, 1859, 1890)

Profil estimé 1849

Q=6930 m3/s

Q=5150 m3/s

Q=1866 m3/s

Q=5400 m3/s

Q= 4080 m3/s

Q=7750 m3/s

Pont d'ArcPont de Salavas Entrée des gorgesTour du moulin

67

70

73

76

79

82

85

88

91

94

97

100

103

41800 42800 43800 44800 45800 46800 47800PK (en m)

Alti

tude

s (m

NG

F)

1827 18461855 18571859 1890laisses 1827 Laisses 1846Laisses 1855 Laisses 1857Laisses 1859 Laisses 1890

2.4 Reconstitution des débits de crue

17

Modélisation hydraulique du secteur de Vallon

�� Courbe de tarage

� partie extrapolée : ± 45%� étude du méandre : actif pour les crues de 1827 et 1890

•••• Analyse de sensibilité� condition aval� déformation de la géométrie� effet du laminage� calage du Strickler

2.4 Reconstitution des débits de crue

18

Définition de seuils d’exhaustivité

VallonVallon

2.5 Traitement statistique

19

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

1 10 100 1000Période de retour T (an)

Déb

it d

e po

inte

(m3/

s)

1955 - 2000Méthode du Gradex

1955 - 2000loi GEV

Q100 = 5200 m3/s (débits)6600 m3/s (Gradex)

•••• Distribution des crues (1955-2000) •••• Avec information historique� 1827-1954 : Q100 = 7300 m3/s� 1645-1954 : Q100 = 6900 m3/s

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

1 10 100 1000Période de retour T (an)

Déb

it d

e po

inte

(m3/

s)

1955 - 2000Méthode du Gradex

1955 - 2000loi GEV

XIX-XX° siècle : loi GEV

XVIII-XX° siècle : loi GEV

Extrapolation de la distribution des crues avec ou sans information historique (Ardèche à St-Martin)

2.5 Traitement statistique

20

2.6 Analyse des dépôts de crue

Choix du site de Vallon

�� le méandre n’est actif que pour les crues exceptionnelles

21

2.6 Collecte des données paléohydrologiques

(repris de Sheffer et al., 2003) Site AMT4

Exemple d’analyse stratigraphique et de datation

N

56

7

8

9

1011

12

310310±±15 (210)15 (210)

30603060±±170170(2720)(2720)

53505350±±310310(4750)(4750)

OSL Sample

22


(repris de Sheffer et al., 2003)

Exemple d’analyse stratigraphique et de datation

N

�� cohérence entre les deux sites

Site AMT4

Site AMT1

23


Soil (break)

Laminated Ripples

(flood)

Gravel (break)

N

1

23

Site AA(repris de Sheffer et al., 2003)

24

Principaux résultats de l’analyse paléo-hydrologique

•••• Depuis 2000 ans, aucune trace de crue trouvée, supérieure au niveau de la crue de 1890

•••• Non stationnarité des crues depuis l’Holocène :�d’après Sheffer et al. (2003) existence d’une période plus active

pendant le petit âge glaciaire

•••• Cohérence des résultats sur les plus fortes crues du XVIII et XIXe siècles

2.6 Interprétation des données paléohydrologiques

25

Principaux résultats du projet SPHERE sur l’Ardèche

•••• Bonne cohérence entre l’estimation actuelle des crues fortes et la sériedes crues historiques

•••• Non stationnarité des crues depuis 2000 ans

•••• Reconstitution du débit des plus fortes crues connues depuis 1644

2.7 Bilan sur la valorisation de l’information des crues anciennes de l’Ardèche

•••• Poursuite de l’analyse paléo-hydrologique sur d’autres sites,et comparaison avec une analyse historique sur le Moyen-Age

•••• Mise en place d’un site Internet de consultation des données ancienneset des photographies de crues contemporaines

•••• Analyse régionale des événements de crue sur le secteur des Cévennes

•••• Evaluation de la plus-value apportée par l’information historique

Développements possibles

26

Partenaires scientifiques :

- Cemagref Lyon : Michel Lang, Elodie Renouf

- Cereve : Eric Gaume, Olivier Payrastre

- UMR Hydrosciences Montpellier : Luc Neppel

- Acthys-Diffusion : Denis Cœur

- UMR Gester : Freddy Vinet, Nicolas JacobNancy Mechinet de Richemond

Service gestionnaire :-Conseil Général 34 : B.Dartau

-CLE du SAGE Hérault : C.Vivier

-DDE 11 : M.Gaulet

-DIREN LR : R.Claudet, B.Braudeau

Projet InondHis (MEDD/RDT)Analyse régionale des précipitations et crues anciennes

en Languedoc-Roussillon

3. Analyse des crues du Gard et de l’Hérault

27

Projet InondHis : contexte d’étude

Suite aux événements pluvieux remarquables dans l’arc méditerranéen :

- A l’échelle communale →→→→ porter à connaissance les risques naturels Loi sur la prévention des risques technologiques et naturels de juillet 2003

- Conclusions du Groupe d ’Appui et d ’Expertise Scientifique (GAES) :compléter sur le plan géographique et historique les données hydrométéo disponibles, pour compenser la faible densité et les chroniques courtes des séries de mesures

- Aléa de référence à prendre en compte ?

PPRI : - petits BV : non instrumentés- grands BV : période de mesures systématiques courtes

SAGE Hérault : - événements majeurs ayant affectés le bassin ?- conséquences si ils se reproduisaient actuellement ?


28

Etat d’avancement (novembre 2005)


•••• Etat général des sources

� achevé sur l’Hérault (AD34, DDE34, …) : perte des relevés du SACsur la période 1890-1968

� à terminer sur le Gard : fonds DDE30 récemment mis à disposition

•••• Collecte des données� saisie des références documentaires dans une base de données (IBHIS)� recueil des données disponibles : hauteur, pluie, débit, topographie

��

�Niveau des crues :1890, 1848, 1850

29

Etat d’avancement (novembre 2005)


•••• Classement des crues de l’Hérault (période 1868-1910)

30


•••• Cohérence et extension spatialedes crues de l’Hérault (période 1868-1910)

31


Extrapolation des courbes de tarage

Qmax < x0

T(Qmax) < 2 ans

2 ≤ T(Qmax) < 10 ans

10 ≤ T(Qmax) < 100 ans

T(Qmax) ≥ 100 ans

•••• Bilan sur un jeu de 327 stations hydrométriques (banque HYDRO)

�60 % des stations non jaugées au-delà crue de période de retour 2 ans

� peu de stations jaugées au-delà de la crue décennale (9%)

� grands bassins mieux renseignés (crues plus lentes et faciles à anticiper)

32


•••• Construction d’un modèle hydraulique

� géométrie (lit mineur, lit majeur, ouvrages)

� hydrométrie (chronique débit, courbes de tarage, jaugeages)

� données de calage (laisses de crue)

Principe d’analyse des courbes de tarage

•••• Production des courbes de tarage

� calage du modèle (lit mineur, lit majeur)

� analyse de sensibilité aux erreurs sur les jaugeages (H, Q) :

(H – 5 cm, Q + 10%) et ((H + 5 cm, Q - 10%)

33


0

20

40

60

80

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Hauteur (m)

Déb

it (m

3/s)

H-5 H H+5

Q+10%QQ-10%

Calage du modèle pour un point (Q,H) pour 3 conditions :• (Q, H) � K• (Q+, H-) � K+

• (Q-, H+) � K-

Analyse de sensibilité sur le calage du modèle

34


Exemple de simulation pour un point (Q, H)

115

117

119

121

123

125

127

-50 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

Distance (m)

Cot

e (m

) fondk = 17k = 22k = 27

Pont Echelle limnimétrique

3 lignes d’eau pour un débit Q(coefficient K1, K2, K3)

Courbe bleue interpolée (débit Q)Courbes verte et rouge (débits Q- et Q+)

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

15 17 19 21 23 25 27 29

K (m1/3 /s)

Hau

teur

(m)

Q = 30 m3/sQ = 27 m3/sQ = 33 m3/s

Droite d'approximation

18.2 27.5

Q+

Q-

H+

K- K+

H-

35


Evolution du Strickler en fonction du débit

0

5

10

15

20

25

30

35

0 10 20 30 40 50 60 70

Débit (m3/s)

K (m

1/3

/s)

qq-10%q+10%

Débits débordants

Débits d’étiage

� Kmineur � [18 , 28], valeur idéale : 22

36


Résultat sur une rivière du centre de la France

Courbe de tarage de la Bouzanne à Velles

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5

Hauteur (m)

Déb

it (m

3/s)

courbe de tarageenveloppe maxenveloppe minPoints de jaugeageextrapolation Diren

Erreur relative : dQ/Q = 35 à 50%

37


Résultat sur l’Hérault à Ganges - Laroque

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Hauteur (m)

Déb

it (m

3/s) Courbe de tarage Diren

jaugeagesextrapolation minextrapolation max

H dQ/Q %7.3 228.5 229.5 28

Q dH/H %900 111100 101300 91600 9

Erreur relative :

dQ/Q = 20 à 30%

38


•••• Reconstitution des débits sur l’Hérault et le Gard

•••• Analyse de la distribution des crues

�Intérêt de l’information historique

�Cohérence avec la méthode du Gradex

•••• Analyse régionale des données (précipitations, débits)

•••• Mise à disposition des données et résultats dans le cadre de l’OHM-CV

Programme de travail (2° année projet Inondhis)

�� Analyse détaillée des crues de 4 sous-bassins de l’Aude par O. Peyrastre

valorisation hydrologique des informations anciennes … · variable de gumbel-2 6 8 0 2 4 forte...

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