Les observatoires du ruissellement : comprendre les processus pour améliorer les modélisations

Le ruissellement est un phénomène épisodique et localisé, donc difficile à mesurer. Il résulte de l'interaction de nombreux facteurs, dont les caractéristiques intrinsèques et de surface du sol, la morphologie du bassin versant, mais également les caractéristiques pluviométriques. Afin d'améliorer la compréhension de la genèse et de la propagation du ruissellement au sein de bassins versants de tête, cinq observatoires du ruissellement sont présentés, incluant 11 bassins versants. Pour chacun d'entre eux, la pluie et le ruissellement sont mesurés sur le terrain à haute fréquence (≤ 15 min) pendant des durées longues (1,5 à 11 ans). 1640 évènements pluvio-ruisselants sont extraits de ces chroniques en continu et statistiquement analysés, afin de cerner les facteurs influant significativement le ruissellement. La réponse ruisselante de chaque bassin versant est extrêmement complexe mais permet d'identifier des comportements communs. L'importance des caractéristiques des sols est montrée, ainsi que celle de leur occupation, de leurs états de surface et état hydrique. La dispersion de la relation pluie-débit observée au sein de chacun des observatoires permet par ailleurs de montrer et de quantifier l'impact des caractéristiques pluviométriques sur la lame d'eau ruisselée. Les leçons tirées de chacun des observatoires et leurs conséquences sur la compréhension et la modélisation du ruissellement dans différents contextes sont discutées.

Les évolutions du service d'avertissement sur les pluies intenses et les crues soudaines en France

APIC, service d'Avertissement Pluies Intenses à l'échelle des Communes, a été mis en place en 2011 par Météo-France et délivre des avertissements lorsque les précipitations en cours revêtent un caractère exceptionnel sur une commune ou les communes environnantes, par rapport aux données climatologiques de référence. Vigicrues Flash, service d'avertissement sur les crues soudaines, a été ouvert par le ministère en charge de l'environnement en 2017 et délivre des avertissements en cas de prévision hydrologique revêtant un caractère exceptionnel sur un ou plusieurs bassins versants élémentaires, par rapport aux données hydrologiques de référence (quantiles de crues estimés à partir des chroniques de débit simulé avec le même modèle hydrologique). Ces deux services, proposés aux gestionnaires de crise, bénéficient de la même plateforme de prise d'abonnement, d'envoi et de visualisation des avertissements. D'importantes évolutions sont prévues d'ici à début 2021 : (i) l'évolution technique et ergonomique de la plateforme internet commune aux deux services ; (ii) l'ouverture des services aux intercommunalités, aux organismes d'utilité publique impliqués dans la gestion de crise ; (iii) l'ouverture en visualisation pour le grand public ; (iv) le changement du produit de lame d'eau alimentant le service APIC, permettant la couverture d'une plus grande partie du territoire ; (v) l'évolution du modèle hydrologique distribué de Vigicrues Flash et le changement de la lame d'eau l'alimentant, permettant d'étendre la couverture et la robustesse du service.

Potential of solar desalination for irrigation in Tunisia

In arid countries like Tunisia, the need to find new sources of water for irrigation has become imminent. Desalination of seawater can be an alternative to irrigation. In this article, we take a look at the leading food companies specializing in desalination for irrigation around the world and the prospects for the solar energy desalination potential for irrigation in Tunisia. We have noticed that several companies invest money to desalinate water for agricultural purposes. However, the cost of a cubic meter of water sometimes remains high to go forward in this new technology.

Élasticité des débits aux précipitations en Afrique sub-saharienne

L'estimation de l'élasticité des débits aux précipitations est présentée pour un ensemble d'une cinquantaine de bassins versants situés en Afrique sub-saharienne. L'élasticité des débits aux précipitations est définie ici comme le changement proportionnel de l'écoulement moyen annuel divisé par le changement proportionnel de la précipitation moyenne annuelle. Elle décrit donc la sensibilité des débits à des changements de précipitations et s'avère un outil utile pour évaluer de manière simple, mais non simpliste, l'impact du changement climatique dans des projets relatifs à l'utilisation des ressources en eau. L'élasticité des débits aux précipitations est évaluée ici de manière empirique grâce à des estimateurs non-paramétriques et des séries historiques de débit observé et de précipitation. Les résultats indiquent que l'élasticité des débits aux précipitations est de l'ordre de 1 à 3 sur les bassins versants étudiés. Les anomalies des précipitations sont donc amplifiées au niveau des écoulements avec un facteur de 1 à 3. L'élasticité des débits aux précipitations diminue lorsqu'augmentent l'écoulement moyen interannuel et le coefficient de ruissellement. En revanche, il ne semble pas exister de relation directe entre élasticité des débits et superficie de bassin versant. La cartographie des résultats ne révèle pas non plus de facteurs physiques pouvant expliquer la variabilité des valeurs d'élasticité. De même le type de climat ne semble pas un facteur explicatif de premier ordre.

Conception et fonctionnement des puits de rupture de pente des aqueducs romains : les exemples de Cordoue (Espagne) et Autun (France)

Les ingénieurs romains ont conçu un dispositif original destiné à ralentir l’eau conduite par les aqueducs appelé « puits de rupture de pente ». À partir d’exemples archéologiquement bien documentés, Autun en France et Cordoue en Espagne, l’objectif est d’abord d’examiner les vestiges encore accessibles aujourd’hui sur le terrain. Chacun des sites possède une cascade de puits de rupture de pente, composée de 19 à 22 puits pour l’un et 34 puits pour l’autre, installée dans des contextes topographiques assez similaires, avec des pentes dépassant 20 %. Cependant les types architecturaux différent. En s’appuyant sur des simulations numériques de l’écoulement de l’eau dans ces puits fondée sur trois caractéristiques (le gabarit des puits, leur espacement et la pente du canal entre les puits), il est possible d’élaborer une restitution visuelle de leur fonctionnement, de les comparer et de préciser les choix techniques des ingénieurs de l’Antiquité. Il s’agit d’une approche expérimentale inédite venant ainsi compléter les recherches passées en matière d’ingénierie hydraulique romaine.

La gestion intégrée du risque de ruissellement urbain torrentiel à Nîmes au travers du retour d'expérience du 10 octobre 2014

De par sa configuration, le territoire nîmois est fortement exposé au risque inondation par ruissellement urbain torrentiel, associé à une problématique de cours d'eau temporaires appelés « cadereaux ». Le 10 octobre 2014, il a été touché par un épisode pluvio-orageux dont les caractéristiques sont localement comparables à celles de l'événement historique du 3 octobre 1988 (cumul de l'ordre de 400 mm, intensité supérieure à 100 mm/h). Le retour d'expérience de la gestion de cet épisode torrentiel, présenté de manière chronologique, permet d'illustrer les actions opérationnelles mises en œuvre avant, pendant et après l'événement. Celui-ci représente une illustration du processus de gestion intégrée du risque d'inondation torrentielle de type crue-éclair au niveau d'un territoire engagé dans une démarche PAPI (Programme d'Actions de Prévention des Inondations). Si les impacts associés à cet évènement ont été finalement limités grâce notamment aux réalisations menées dans le cadre du PAPI, le retour d'expérience qui en a découlé et la capitalisation associée ont été valorisés pour renforcer les actions de prévention du risque inondation sur le territoire nîmois. Celles-ci se poursuivent aujourd'hui sur le plan technique et financier grâce la continuité d'engagement politique sur la thématique de la prévention des inondations depuis 1988 et à la convergence des interventions des acteurs publics dans le cadre des PAPI.

Les phénomènes de ruissellement dans le diagnostic de vulnérabilité du territoire aux inondations

À travers ses missions, l'EPTB Seine Grands Lacs facilite l'action publique des collectivités territoriales au sein de son périmètre de reconnaissance. Il a souhaité développer une approche novatrice de diagnostic de la vulnérabilité des territoires aux inondations en intégrant le phénomène de ruissellement. Bref et intense, ce phénomène peut se produire à l'occasion de précipitations orageuses et se situer au-delà des limites géomorphologiques des cours d'eau. Sa localisation varie constamment (mutations de l'occupation du sol) et il a été jusqu'à présent relativement peu appréhendé. Les communautés d'agglomération du Pays de Meaux et de Marne et Gondoire ont été retenues pour servir de sites pilotes. Elles sont accompagnées par l'EPTB au travers d'une convention partenariale et du PAPI de la Seine et de la Marne franciliennes qui porte les diagnostics. C'est un groupement de deux prestataires qui est en charge de les réaliser. Pour pallier les difficultés de constitution et/ou d'accès aux données de ruissellement, ainsi que les imprécisions de la modélisation, la méthode développée se base sur des ateliers de concertation réunissant les acteurs locaux intéressés par les risques. Ils ont interagi à partir des cartes de risques réalisées par la Caisse centrale de réassurance. Tout en les sensibilisant à ce phénomène, cette méthode a permis de confirmer la localisation et de préciser l'ampleur du phénomène grâce aux témoignages des acteurs. Suite à cet état des lieux, une liste d'actions hiérarchisées pour réduire le risque d'inondation par ruissellement est décidée collégialement, en insistant particulièrement sur les objectifs à poursuivre en termes d'occupation du sol et d'aménagement de l'espace.

Enseignements des inondations exceptionnelles des 21 et 22 mai 2012 à Nancy

L'agglomération de Nancy a été touchée par un orage exceptionnel dans la nuit du 21 au 22 mai 2012 ; les cumuls de pluie ont localement dépassé 100 millimètres en 3 h. Cet orage a provoqué des ruissellements et des inondations remarquables, en particulier dans la partie est de l'agglomération, dans le bassin versant du ruisseau de Grémillon, sur les communes de Saint-Marc, Essey-les-Nancy, Pulnoy et Seichamps. Afin de documenter cette inondation urbaine hors norme, d'en conserver le souvenir et d'en tirer les enseignements sur la gestion du ruissellement et des crues soudaines dans les espaces urbanisés, une analyse détaillée post-crue, coordonnée par le GIP GEMCEA a été conduite. La démarche suivie pour cette analyse, les informations collectées ainsi que leur analyse et les principales conclusions de cette étude sont présentées ci-après. Cette étude a permis de révéler que les dommages les plus remarquables dans l'agglomération ont été provoqués par le débordement du cours d'eau de Grémillon, de ses affluents et du collecteur pluvial qui remplace le cours d'eau dans sa partie aval. Les débits unitaires des crues des parties rurales amont du bassin versant sont très significatifs : de l'ordre 4 m3/s/km2, soit l'équivalent de 15 mm/h environ de pluies efficaces. Les résultats de modélisation indiquent que le débit maximum de la crue du ruisseau de Grémillon, pour cette crue remarquable, aurait été assez proche du débit observé, si le bassin versant n'avait pas été urbanisé. Les inondations de 2012 à Nancy rappellent donc que les aménagements urbains doivent prendre en compte les crues naturelles exceptionnelles des petits cours d'eau ou thalweg péri-urbains et permettre l'écoulement des eaux au travers du tissu urbain sans trop de dommages.

Potentiel de l'imagerie optique satellitaire à haute résolution pour détecter les dommages engendrés par des épisodes pluvieux extrêmes

De nombreuses données satellites peuvent aujourd'hui être combinées afin de couvrir des surfaces très importantes avec une très haute résolution spatiale (THR) ainsi qu'une haute fréquence de revisite. Le potentiel de ces images pour évaluer et cartographier les dommages engendrés par des pluies extrêmes, en particulier ceux causés par le ruissellement pluvial, a été jusqu'à présent peu étudié. Cette étude propose une méthode pour détecter de la manière la plus exhaustive possible ces dommages à partir de données satellitaires THR et HR acquises au plus près, avant et après, d'un événement de pluie intense. Pour ce faire, nous avons utilisé des images Pléiades (0,7 m) et Sentinel-2 (10 m) acquises au-dessus de la région de l'Aude (France), fortement touchée par des intempéries le 15 octobre 2018. Notre intérêt a porté sur les zones agricoles qui ont fait l'objet de 1119 demandes d'indemnisation en calamités agricoles pour cet événement. Plusieurs indices et filtres spectraux ont été appliqués sur un échantillon d'images Sentinel-2 sélectionnées avant et après l'épisode orageux. Ce travail exploratoire révèle que certains types de dommages agricoles sont bien détectés alors que d'autres, même clairement visibles sur les images Pléiades, sont plus difficiles à distinguer avec les indices et filtres sélectionnés sur les images Sentinel-2. Il démontre également le potentiel de ces méthodes pour discriminer les différents degrés de dégâts relevés sur les parcelles agricoles. Cette étude confirme l'importance de combiner information spectrale, temporelle et contextuelle pour détecter à l'aide de l'imagerie optique les dommages engendrés par des pluies extrêmes, en particulier ceux causés par le ruissellement pluvial. Ces travaux préliminaires ouvrent la voie au développement de nouvelles méthodes de détection, l'utilisation de nouveaux indices ainsi que sur l'intelligence artificielle.