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L'eau à découvert

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Agathe Euzen
, 
Catherine Jeandel
, 
Rémy Mosseri

Sixième partie. Eau et société

20. Les outils de suivi et de prévision des aléas

Véronique Ducrocq

Texte intégral

1Le manque de précipitation et, à l'opposé, les fortes précipitations, sont des aléas météorologiques qui ont des conséquences importantes sur l'hydrologie de surface et qui déterminent le risque de sécheresses, de crues ou d’inondations. Le dernier rapport du GIEC (Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat) sur les impacts du changement climatique prévoit une forte augmentation des extrêmes de précipitations en Europe (en intensité et en fréquence), avec un impact important attendu sur l'hydrologie. Les problèmes préexistants seront donc probablement amplifiés (cf. VI.17), dans des endroits où la gestion de la ressource en eau est déjà problématique, ou encore, dans des zones où le risque inondation est déjà élevé (zones inondables), augmentant encore le besoin de disposer de systèmes efficaces et précis de surveillance et de prévision pour l'alerte des risques hydrométéorologiques.

Lame d'eau Antilope de Météo-France réalisée par fusion des observations des radars et des pluviomètres entre le 9 octobre à 06 UTC et le 11 octobre 2014 à 06 UTC. © Météo-France

Les précipitations

2Pour estimer la quantité de pluie à la surface, appelée « lame d'eau » (figure), on associe généralement les observations de deux types d'instruments de mesures : i) les radars météorologiques, qui émettent périodiquement une impulsion électromagnétique et reçoivent les retours des échos (pluie, grêlons, cristaux de glace, gouttelettes de nuage, sols, bâtiments...) et qui offrent une bonne couverture spatiale à la résolution kilométrique et ii) les pluviomètres, qui permettent une mesure précise des précipitations à la surface, mais qui ne procurent qu'une mesure ponctuelle et éparse sur le territoire. Les recherches par le passé ont porté sur l'amélioration des méthodes de fusion de ces deux types de données, afin d'obtenir la meilleure estimation quantitative des précipitations à la surface. Elles visent aussi actuellement à quantifier l'incertitude de ces estimations, qui sont à la base de systèmes d'avertissement sur le caractère exceptionnel d'un cumul de pluie intense en cours et le risque de ruissellement. Cependant, elles ne permettent pas une anticipation au-delà de quelques heures d'un risque de crues.

3Au-delà de ces échéances, il est nécessaire de faire appel à des prévisions météorologiques issues de modèles numériques, qui simulent l'évolution de l'atmosphère. Bien que les recherches sur la connaissance et la modélisation des précipitations aient permis d'importantes avancées ces dernières décennies, grâce à une meilleure représentation des processus de formation des nuages, le développement de l'assimilation de nouvelles et plus nombreuses observations, et l'utilisation de résolutions plus fines, les prévisions des précipitations fortes, en particulier celles engendrées par les orages, demeurent entachées d'erreurs, ne permettant pas une prévision fiable des crues, en particulier pour les crues éclair de l'arc Méditerranéen. De nouvelles méthodes de prévision, qui permettent de tenir compte des différentes incertitudes de la modélisation et des observations assimilées ont vu le jour : la prévision d'ensemble consiste à réaliser des simulations à partir de plusieurs descriptions différentes de l'état initial de l'atmosphère et à partir de plusieurs versions différentes du modèle, représentatives des incertitudes identifiées dans les observations et la modélisation. La prévision d'ensemble fournit ainsi plusieurs scénarios probables d'évolution de l'atmosphère et donc des pluies. Ces méthodes sont mises en œuvre opérationnellement depuis le début des années 1990 dans les grands centres de prévision météorologique pour la prévision globale et pour les longues échéances de prévision. Les recherches ont porté ces dernières années sur la conception de méthodes de prévision d'ensemble adaptées aux échéances de prévision les plus courtes et aux résolutions plus fines. Ainsi, le modèle de prévision AROME de Météo-France de résolution kilométrique sur la France devrait prochainement produire, en plus de la prévision déterministe, un ensemble d'une dizaine de scénarios possibles pour les deux jours suivants.

Les crues et inondations

4Comme pour la prévision des précipitations, la prévision d'ensemble hydrologique s'est développée ces dernières années afin de concevoir des méthodes de prévision probabiliste des débits, à partir de la prévision d’ensemble de pluies, pour améliorer l’anticipation des crues. Les incertitudes de la modélisation hydrologique et des conditions initiales en humidité des sols sont également considérées. Par ailleurs, l'assimilation des débits ou des hauteurs d'eau dans les modèles hydrologiques fait partie des axes de recherche en développement, afin, notamment, de réduire ces incertitudes. Les modèles hydrologiques mis en œuvre pour la prévision des débits par les Services de prévision des crues (SPC) ou le Service central d’hydrométéorologie et d’appui à la prévision des inondations (SCHAPI) en France sont issus de travaux de recherche. Il existe une variété de modèles hydrologiques, classés en modèles distribués ou non-distribués (globaux), modèles empiriques ou à base physique, modèles continus ou événementiels. Certains modèles seront préférés à d'autres, selon le type de bassins versants, le type de crues à prévoir, ou encore selon les observations disponibles pour les caler. Citons, par exemple, le modèle GRP développé par l'IRSTEA pour la prévision des crues sur de grands bassins, le modèle ATHYS développé par l'IRD ou encore le modèle MARINE développé par l'Institut de mécanique des fluides de Toulouse (IMFT) pour la prévision des crues éclair de l'arc méditerranéen.

Les sécheresses

5Le suivi des sécheresses et des étiages fait appel à des outils de modélisation permettant d'estimer les principaux termes du bilan hydrique de la surface et du sol. C’est par exemple ce que permet la chaîne Safran-Isba-Modcou (SIM) opérée à Météo-France depuis 2003 pour le suivi de la ressource en eau en France, en lien avec les services hydrologiques de l'État. Dans ce système, les paramètres météorologiques issus d'un système d'analyse forcent un modèle de surface, qui calcule les bilans d'eau et d'énergie sur l'ensemble sol-végétation, en prenant en compte la fonte de la neige au printemps, qui peut être importante sur les bassins de montagne notamment. Le modèle hydrologique, pour sa part, simule le niveau des nappes, leurs interactions avec les rivières et les débits quotidiens des grands cours d'eau de l'ensemble de la France. Les recherches en cours visent, entre autres, à mieux représenter les nappes souterraines et à prendre en compte les aménagements et les activités humaines sur les territoires (barrages, irrigation).

Bibliographie

Références bibliographiques

• P.-A. ROCHE, J. MIQUEL et E. GAUME – Hydrologie quantitative. Processus, modèles et aide à la décision, Springer, 2012.

Les radars en hydrologie et météorologie, La Météorologie, n° 83, 2013.

• J.-M. SOUBEYROUX et al. Caractérisation et prévision des sécheresses et étiages en France à partir de la chaîne hydrométéorologique Safran-Isba-Modcou, La Houille Blanche, 2010.

Table des illustrations

Légende Lame d'eau Antilope de Météo-France réalisée par fusion des observations des radars et des pluviomètres entre le 9 octobre à 06 UTC et le 11 octobre 2014 à 06 UTC. © Météo-France
URL http://books.openedition.org/editionscnrs/docannexe/image/10069/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 135k

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