Étude hydrométéorologique d’un évènement nivo-pluvial : La crue de l’Isère 1859

1. Étude hydrométéorologiqued’un évènement nivo-pluvial :La crue de l’Isère 1859 Soutenance de stage M2P « Eaux souterraines » Gérémy PANTHOU Charles OBLED Tuteur : Théo VISCHEL 16 septembre 2009

2. Plan • Crue de l’Isère 1859 Présentation / Caractérisation de l’évènement • Reconstitution hydrométéorologique Scénarios Précipitations/Isothermes 0° • Modélisation nivale Modèles /Types de temps • Utilisation des résultats • Conclusion Discussion/perspectives

3. I.Crue de l’Isère 1859 • a. Présentation de l’évènement Pourquoi la crue de 1859? • PPRI: Protection contre la Crue de référence i.e. Q100 ou plus grande crue « connue »… 1859? • 1859-2009: 150ème anniversaire Projet du PGRN pour reprendre l’analyse de cette crue • Utilité: Dimensionnements (projet SYMBHI Isère Amont) Aide à la prévision de crue I.a I.b II.b III.a III.b II.a IV V.a V.b

4. I.Crue de l’Isère 1859 • a. Présentation de l’évènement Bassin versant de l’Isère à Grenoble • 5780 km² • Affluents: Doron, Arly et Arc Courbe Hypsométrique I.a I.b II.b III.a III.b II.a IV V.a V.b

5. I.Crue de l’Isère 1859 • a. Présentation de l’évènement Connaissances préalables • 1er et 2 Nov. 1859: Bcp de dommages, 6 morts… • Données existantes (début de projet): qq relevés de hauteurs d’eau (à Grenoble) débit estimé à Grenoble: 1800+200 m3.s-1 Données météorologiques: … Quelques stations de mesure (en France, rien en Savoie) I.a I.b II.b III.a III.b II.a IV V.a V.b

6. I.Crue de l’Isère 1859 • a. Présentation de l’évènement Objectif de mon travail: Comprendre/Affiner la genèse de la crue • Séquence météorologique? • Rôle de la neige? I.a I.b II.b III.a III.b II.a IV V.a V.b

7. I.Crue de l’Isère 1859 • a. Présentation de l’évènement Présomptions initiales (d’après biblio) • Manteau neigeux précoce • Pluies continues et intenses • Accompagnées d’un réchauffement « Anormal » • Mais: quantitativement : combien? Spatialement: tout le bassin, ou localisé?? I.a I.b II.b III.a III.b II.a IV V.a V.b

8. I.Crue de l’Isère 1859 • b. Caractérisation de l’évènement Recherche d’infos complémentaires • Spatiale: Mougin ( Les torrents de Savoie 1914) Réaction des torrents • Temporelle: Bertrand (1859) Article peu cité Reconstruction de l’hydrogramme I.b I.a II.b III.a III.b II.a IV V.a V.b

9. I.Crue de l’Isère 1859 • b. Caractérisation de l’évènement Genève Spatialisation de l’évènement • Si Restriction aux torrents (équivalent d’un grand pluvio?) • Echelle de réaction le 1erNov 1859 Bleu: Pas de Crue Jaune : Crue Rouge : Crue dévastatrice Grenoble I.b I.a II.b III.a III.b II.a IV V.a V.b

10. I.Crue de l’Isère 1859 • b. Caractérisation de l’évènement Recherche d’infos complémentaires • Spatiale: Mougin ( Les torrents de Savoie 1914) Réaction des torrents • Temporelle: Bertrand (1859) Article peu cité Reconstruction de l’hydrogramme I.b I.a II.b III.a III.b II.a IV V.a V.b

11. I.Crue de l’Isère 1859 • b. Caractérisation de l’évènement Chronologie à Grenoble • Hauteurs d’eau (Bertrand) • Courbe de tarage Pardé (1925) • Hydrogramme estimé I.b I.a II.b III.a III.b II.a IV V.a V.b

12. I.Crue de l’Isère 1859 • b. Caractérisation de l’évènement Précise la caractérisation de l’évènement • Spatiale et temporelle • Possibilités de cadrage/validation pour nos scénarios I.b I.a II.b III.a III.b II.a IV V.a V.b

13. II. Reconstruction hydrométéorologique • Précipitations et température Rappel des Objectifs • Reconstruire jour par jour un scénario de précipitations et températures • Comprendre les phénomènes et leur chronologie • Évaluer leur caractère plus ou moins exceptionnel II.a I.a II.b III.a III.b I.b IV V.a V.b

14. II. Reconstruction hydrométéorologique • Précipitations et température Stations à disposition et bassins cibles II.a I.a II.b III.a III.b I.b IV V.a V.b

15. II. Reconstruction hydrométéorologique • a. Précipitations Reconstitution des pluies par ss-bassin? • Peu d’informations quantitatives en 1859 • D’où l’idée!☺ S’inspirer pour 1859 de ce que l’on sait aujourd’hui ~ Transfert temporel d’information ? et pour cela, « détourner » une méthode de prévision probabiliste des précipitations (par analogie) • En effet: Possibilité de reconstruction des champs de Pmer avec un réseau étoffé de mesures de Pression II.a I.a II.b III.a III.b I.b IV V.a V.b

16. II. Reconstruction hydrométéorologique • a. Précipitations Méthode par analogie • Principe: Même cause (situation atmo) : Même conséquences • Soit une journée cible j (1859): -Sélection de journées analogues (1953-2005) en terme de circulation atmosphérique (Pmer) -Récupération des précipitations (1953-2005) de ces journées analogues • D’où une distribution conditionnelle Spécifique à cette journée cible j (1859) à partir des analogues (1953-2005) II.a I.a II.b III.a III.b I.b IV V.a V.b

17. II. Reconstruction hydrométéorologique • a. Précipitations Mise en œuvre de la démarche: • Reconstruction (Météo France) des champs de pression mer 1859 • Sélection des analogues (Cemagref-Lyon) dans archive météo NCEP (1953-2005) • Extraction des Précipitations (EdF – LTHE) dans Archive EdF (F. Gottardi) (1953-2005) II.a I.a II.b III.a III.b I.b IV V.a V.b

18. II. Reconstruction hydrométéorologique • a. Précipitations Résultats • Distribution empirique des précipitations attendues pour j (1859) • Sur: 7 sous bassins, 5 stations • Et ce pour:36 journées cibles: (1er oct - 5nov 1859) Puis : • Ajustement d’une loi Gamma pour synthétiser cette distribution II.a I.a II.b III.a III.b I.b IV V.a V.b

19. Densité de Probabilité Fonction de répartition à 3 paramètres F0λρ II. Reconstruction hydrométéorologique • a. Précipitations Loi Gamma: • Définie pour des valeurs positives Or • Précipitations nulles de Fréquence empirique F0 II.a I.a II.b III.a III.b I.b IV V.a V.b

20. II. Reconstruction hydrométéorologique • a. Précipitations Le 17 Oct 1859 Le 31 Oct 1859 Calage d’une loi Gamma: Ex. BV Arly 90% Fréquence non dépassement(%) Fréquence non dépassement(%) 60% F0=50% 20% Pluie (mm) Pluie (mm)

21. II. Reconstruction hydrométéorologique • a. Précipitations Interprétation des quantiles (expérience) • 20%: Discrimination pluie/non pluie • 60%: Quantité de pluie attendue • 90%: Probabilité d’avoir un évènement rare D’où le Tracé : d’une « fourchette » de proba • Pour chaque bassin (et station) • 1er oct-5nov 1859 II.a I.a II.b III.a III.b I.b IV V.a V.b

22. II. Reconstruction hydrométéorologique • a. Précipitations Arly P10 Résultats des prévision par bassins P10 Haut Arc II.a I.a II.b III.a III.b I.b IV V.a V.b

23. II. Reconstruction hydrométéorologique • a. Précipitations Discussion • Fluctuation du signal: on perçoit bien la chronologie… • Mais construire un scénario… Choisir des valeurs (pour chaque jour et chaque sous-bassin) ?? • …Or, nous n’avons pas encore utilisé l’information station II.a I.a II.b III.a III.b I.b IV V.a V.b

24. II. Reconstruction hydrométéorologique • a. Précipitations Utilisation Prévisions/Obs aux stations • Loi de distribution pour la journée cible J A chaque station • Mais aussi : Observations à la station • D’où détermination de la Probabilité de la valeur observée Et transfert sur le sous-bassin le plus proche II.a I.a II.b III.a III.b I.b IV V.a V.b

25. Probabilité de l’évènement le jour J à la station X : 92% Bassin versant Estimation? Station X Probabilité non dépassement (%) Station X: 27mm

26. Probabilité de l’évènement sur le bassin versant voisin : supposée « voisine » de la probabilité observée à la station X Station X Probabilité non dépassement (%) Station X: 27mm

27. Précipitations moyennes sur le Bassin versant: 79 mm Station X Probabilité non dépassement (%) Station X: 27mm

28. II. Reconstruction hydrométéorologique • a. Précipitations II.a I.a II.b III.a III.b I.b IV V.a V.b

29. II. Reconstruction hydrométéorologique • b. Isothermes 0°C Résultats: scénario de précipitations • Mais précipitation : insuffisant …! Séparation en pluie/neige ?? • Donc besoins aussi des: Températures • Pour cela: Isotherme 0°C et gradient par sous bassin II.b I.a II.a III.a III.b I.b IV V.a V.b

30. II. Reconstruction hydrométéorologique • b. Isothermes 0°C Approche classique • Températures observées aux stations • + Gradients orographiques de température (Gottardi) locaux (pixel station) , et par mois • On affecte, comme pour les précipitations (proximité station/bassin) II.b I.a II.a III.a III.b I.b IV V.a V.b

31. II. Reconstruction hydrométéorologique • b. Isothermes 0°C Courbe isotherme 0°C à une station Évolution de l’Isotherme 0°C au Grand st Bernard II.b I.a II.a III.a III.b I.b IV V.a V.b

32. II. Reconstruction hydrométéorologique • b. Isothermes 0°C II.a I.a II.b III.a III.b I.b IV V.a V.b

33. II. Reconstruction hydrométéorologique • b. Isothermes 0°C Scénarios résultants • Après Réunions de Consensus… Météofrance - Edf - LTHE - SPC II.b I.a II.a III.a III.b I.b IV V.a V.b

35. II. Reconstruction hydrométéorologique • b. Isothermes 0°C Commentaires • Bonne différentiation des sous bassins • Chronologie raisonnable • Interprétation sur une moyenne des scénarios sur le bassin global II.b I.a II.a III.a III.b I.b IV V.a V.b

36. Humectation du bassin 1-19 oct : 79mm

37. Constitution d’un stock de neige 19-29 oct : 126 mm

38. Fonte du stock + Pluies intense 31 & 1er : 88 mm Cumul mois : 293mm

39. III. Modélisation nivale • a. Modèles Le rôle de la neige • Grosse part dans la crue? • Combien d’accumulation? • Combien de fonte avant ? et surtout pendant l’évènement? III.a I.a II.a II.b III.b I.b IV V.a V.b

40. III. Modélisation nivale • a. Modèles Bilan de masse III.a I.a II.a II.b III.b I.b IV V.a V.b

41. III. Modélisation nivale • a. Modèles Bilan d’énergie III.a I.a II.a III.b I.b II.b IV V.a V.b

42. III. Modélisation nivale • a. Modèles Mais pour 1859 ? • Limitation des modèles physiques: Les données disponibles (vent, rayonnement…) • Or Pas de données en 1859, sauf Précipitations et Températures (nos scénarios !) • Donc Recours aux modèles à facteur de fonte beaucoup plus simples III.a I.a II.a II.b III.b I.b IV V.a V.b

43. III. Modélisation nivale • a. Modèles Modèle à facteur de fonte, degrés jour • k0 : Lame d’eau de fonte produite par degrés>T0 • T : degrés jours positifs… (Tmax,Tmoy ou mieux…?) • T0 : Température à laquelle la fonte débute III.a I.a II.a II.b III.b I.b IV V.a V.b

44. III. Modélisation nivale • b. Type de temps Différentiation par type de temps • Pratique habituelle: T0 et k0 constants • Recherche exploratoire: Hyp.: k0 et T0 dépendent du type de temps? • Quels types de temps: Beau temps/pluvieux III.b I.a II.a II.b I.b III.a IV V.a V.b

45. III. Modélisation nivale • b. Type de temps Beau temps • k0=2,74 • T0=0.64 • r²=0.76 III.b I.a II.a II.b I.b III.a IV V.a V.b

46. III. Modélisation nivale • b. Type de temps Temps pluvieux • k0=3,22 • T0=-0,33 • r²=0,68 III.b I.a II.a II.b I.b III.a IV V.a V.b

47. III. Modélisation nivale • b. Type de temps Résultats et discussion • k0 supérieur par temps de pluie (~+20%) Flux turbulents, rayonnement atmosphérique… • T0 supérieur par beau temps Froid accumulé pendant la nuit par beau temps • Paramètres statistiques: interprétables par les phénomènes physiques III.b I.a II.a II.b IV V.a III.a V.b I.b

48. IV. Utilisation des résultats Transfert au SPC Alpes-NordScénarios+ neige • GR4J: Modèle du Cemagref avec routine neige Relativement simple: global avec bandes d’altitude • Entrées : Nos scénarios de Précipitations et de Températures • Paramètres: ko: prise en compte modulation TT • Sortie: Débits à Grenoble IV I.a II.a II.b I.b III.a III.b V.a V.b

49. IV. Utilisation des résultats Résultats(en moyenne journalière - E. Balmand ) IV I.a II.a II.b I.b III.a V.a III.b V.b

50. V. Conclusion • b. Discussion • Circulation générale: (Cartes de pression confirmation) Succession d’évènements à dominante sud ouest • Manteau neigeux:(quantif.+ évolution tempo +spatialis.) Accumulation jusqu’à 60 mm (moyenne bassin) Fonte jusqu’à 45mm • Précipitations: (quantif. + évolution tempo + spatialis.) Cumul important mais pas extraordinaire • Par contre: Enchainement : Accumulation, stockage, préservation et relargage exceptionnel V.a I.a II.a II.b IV III.a III.b V.b I.b