Équipe MécaFlu - Mécanique des Fluides

Perception des incertitudes de modélisation

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Présentation

Ce thème s'intéresse à une approche interdisciplinaire d'évaluation des incertitudes de modélisation des inondations, des risques résultants et de la perception qu'en ont différents groupes sociaux (scientifiques, société civile, population) pour disposer d'un retour nous permettant d'améliorer nos méthodes, nos outils et nos représentations (résultats de simulation, cartes et indicateurs de risque).

Crues et inondations provoquent très fréquemment des pertes en vies humaines et des dégâts matériels considérables. La simulation numérique est un outil classique pour établir des cartes de l'aléa inondation et de nombreux modèles (commerciaux ou recherche) existent pour identifier les zones sujettes à inondation, pour aider les décisionnaires dans la conception de plans d'aménagement opérationnels et dans la prise de décisions en urgence.

Néanmoins, ces logiciels basés sur de la modélisation numérique et des systèmes d'information géographique ne sont pas parfaits, en particulier dans le cas d'une modification locale et soudaine de l'écoulement (embâcle sur un cours d'eau, coulée de boue, mouvement de terrain...) ou dans le cas d'un événement météorologique extrême.

Ces imperfections de modélisation peuvent être étudiées et prises en compte au moyen de calcul d'incertitudes pour mettre à l'épreuve la robustesse des méthodes de simulation de l'aléa inondation et du risque, et en déduire des informations importantes sur le risque associé à ces erreurs de modèles.


Modélisations

Ce thème initié par le projet Idex-Emergence 2017-2019 PRIM'Eau ("Perception du risque et des incertitudes de modélisation-Eau")s'intéresse à la modélisation numérique des bassins versants (hydrologie, hydraulique) et à la modélisation des socio-écosystèmes (sciences humaines) de ces bassins versants.

Les cas d'étude concerne les bassins versants le la Sarre (Moselle-Est) pour la richesse de ses aménagements hydrauliques et leurs usages au cours des 100 dernières années, et le bassin versant de la rivière Kunhar (Pakistan) pour les impacts du changement climatique sur la ressource en eau.

Incertitudes

Les incertitudes sont inhérentes à l'expérimentation, à la simulation numérique, ou bien encore l'analyse des risques. Aussi est-il nécessaire de les étudier (source, nature, impact...) et de les prendre en compte dans les modèles pour pouvoir interpréter et critiquer rigoureusement les résultats scientifiques d'une part, et communiquer ces incertitudes aux acteurs sociaux gérant les bassins versants d'autre part.

Cette problématique de recherche est transdisciplinaire. En premier lieu, le calcul des incertitudes vise à mesurer et à interpréter les variations des résultats d'un modèle numérique en fonction de perturbations plus ou moins importantes des hypothèses (complexité des modèles) et des paramètres de modélisation, mais aussi des données utilisées (disponibilité, précision...). En second lieu, nous abordons le problème de la confiance sous l’angle des prescripteurs et des contrôleurs de ces modélisations réalisées généralement par des bureaux d’études (en collaboration avec le laboratoire GESTE). Il s'agit d’étudier la pratique de commande puis de pilotage et de validation de ces modélisations par des agents des collectivités locales et des services de l’Etat impliqués dans ces procédures relevant de ce qu’on peut appeler « l’hydrologie réglementaire ».

La question posée est globalement la suivante : comment se forgent et s’apprécient, de l’écriture du cahier des charges à la validation finale des résultats en passant par les multiples interactions tout au long de la réalisation du travail, les garanties sur la qualité et l’aptitude à l’emploi des résultats issus de la modélisation réalisée par des bureaux d’études ?

Pour y répondre, nous contribuons à l’élaboration des outils et méthodes de « mise en visibilité des incertitudes » tout au long de la démarche de modélisation, développés avec l’appui de modélisateurs (Aliotti, 2019). L’objectif était d’« équiper le jugement » du gestionnaire pour la décision publique.

Meilleures pratiques de modélisation

Les méthodes numériques développées sont utilisables dans d'autres contextes. Une étude concerne la modélisation d'écoulements souterrains sous une plate-forme industrielle afin d'évaluer les dispositifs d'atténuation des risques mis en place. Ce sont deux drains modélisés comme des rivières, en rose sur la figure (a) et d'une barrière quasi-imperméable représentée en noir. Les hauteurs piézométriques calculées sans perturbation sont tracées dans la figure (c). Par un calcul de sensibilité locale, la zone concernée par la barrière imperméable et les variations de hauteurs piézométriques sont très précisément évaluées, figures (c) et (d). Les lignes de flux sont tracées en rose dans la figure (c). A notre connaissance, la sensibilité des lignes de flux n'avait jamais été étudiée. Ces résultats sont publiés dans [2-MCWM17].

Mesures d'atténuation des risques et calcul de sensibilité