La Houille Blanche

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ISSN / EISSN : 0018-6368 / 1958-5551
Published by: EDP Sciences (10.1051)
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Latest articles in this journal

, , Catherine Fouchier, Anne Belleudy, Lea Garandeau, Bruno Janet, Celine Jauffret, Julie Demargne, Didier Organde
Published: 1 December 2020
La Houille Blanche, Volume 106, pp 75-84; https://doi.org/10.1051/lhb/2020055

Abstract:
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. Two national early warning services have been operationally implemented in France as a result of research undertaken in recent years. APIC, a warning service for heavy rainfall set up in 2011 by Météo-France, issues warnings when the current rainfall exceeds climatological thresholds at the scale of a municipal territory. Vigicrues Flash, a flash flood warning service set up by the Ministry in charge of Environment in 2017, issues warnings when flood forecasts exceed reference flood quantiles (which were estimated from streamflow simulated time series using the same hydrological model) at the scale of small catchments. These two services enable crisis managers to better mitigate flood risk impacts. They are based on the same web platform for subscription, warning dissemination and hazard map display of the extreme events over the last 72 h. Several major enhancements are being implemented by the beginning of 2021: (i) the technical and ergonomic improvement of the web platform; (ii) the dissemination and communication of the warning services to intermunicipal authorities and public utility organisations involved in crisis management; (iii) the dissemination and communication of the hazard map display service to the general public; (iv) the improvement of the radar-gauge quantitative precipitation estimate used as input in the APIC service, to cover the whole french metropolitan territory; (v) the improvement of the hydrological distributed model in Vigicrues Flash ingesting the radar-gauge quantitative precipitation estimate, for better performance, robustness and an extended coverage of the flash flood warning service.
, Vazken Andreassian, Marine Riffard-Chenet
Published: 1 December 2020
La Houille Blanche, Volume 106, pp 97-104; https://doi.org/10.1051/lhb/2021005

Abstract:
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. The rainfall elasticity of streamflow is estimated for about 50 catchments in sub-Saharan Africa. The rainfall elasticity of streamflow is defined as the proportional change in mean annual streamflow divided by the proportional change in mean annual rainfall. It is a measure of the sensitivity of streamflow to rainfall and has been found to be a simple tool able to provide robust estimates of the impact of climate change on water resources and support policy and planning decisions. In this paper, the rainfall elasticity of streamflow is estimated by non-parametric estimators and an empirical approach: the estimators are calculated directly from concurrent historical records of catchment precipitation and streamflow data. The results indicate that the rainfall elasticity of streamflow generally range from 1 to 3 over the catchments under study. This means that the change in rainfall is amplified in streamflow with a factor from 1 to 3. There is a strong inverse relationship between the rainfall elasticity of streamflow and the mean annual runoff or the runoff coefficient. It was not possible to identify any relationship between rainfall elasticity of streamflow and catchment area. From the mapping of the results, it was found difficult to identify physical reasons for the spatial variations in elasticity values. The climate classification seems to be a second-hand factor for variations in elasticity values.
, Christophe Ars, Ángel Ventura Villanueva, Clément Coutelier
Published: 1 December 2020
La Houille Blanche, Volume 106, pp 105-112; https://doi.org/10.1051/lhb/2021004

Abstract:
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. Roman engineers designed an original device to slow down the water flow in aqueducts called a “dropshaft”. This research is based on archaeologically well-documented examples: the aqueducts of Autun in France and Cordoba in Spain. The objective is first to examine the remains still accessible today in the field. Each site has a cascade of dropshaft, involving 19 to 22 shafts for one and 34 shafts for the other, settled in fairly similar topographical contexts, with steep slopes exceeding 20%. However, the architectural types of the two sites differ. Based on numerical simulations of the water flow in these dropshafts for different flows, in particular that of the waterfall, it is possible to develop a visual representation of their operation. Three characteristics are necessary for the development of the numerical model: the size of the wells, their spacing and the slope of the aqueduct between the shafts. The equations of fluid mechanics are solved with the numerical model and give a simulation of the water flow in the shaft. The main interest of this numerical simulation is to compare the water flows in the two aqueducts, according to different flow rates and different dropshaft morphologies, and thus to be able to specify the technical choices of the engineers of Antiquity. This is a new experimental approach that complements past research in Roman hydraulic engineering.
, Axelle Favro, Laure Roupioz, Gwendoline Blanchet, Xavier Briottet, Jean-Marc Delvit, Pascal Breil
Published: 1 December 2020
La Houille Blanche, Volume 106, pp 66-74; https://doi.org/10.1051/lhb/2020059

Abstract:
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. Combination of numerous satellite data has lately become available to cover large areas with very high spatial resolution (VHR) and high revisit frequency. Little studies have yet made use of these images to assess and map damages following an extreme rainfall event, in particular those caused by rainwater runoff. We therefore investigate a specific approach to detect these damages as exhaustively as possible from VHR and HR satellite data acquired as closely as possible before and after an intense rainfall event. To do so, we used Pléiades (0.7 m) and Sentinel-2 (10 m) images taken over the Aude region (France) which was heavily affected by a severe storm on October 15th, 2018. We chose to focus on agricultural lands as 1119 claims for agricultural disaster were registered and certified following this event. Post-event VHR Pléiades images were used to identify claimed damages over a subset of agricultural plots as well as to determine contextual information such as the type of damage (erosion, deposit, uprooting). Several indices and spectral filters were then applied to the selected areas from pre and post-event Sentinel-2 images. This exploratory work reveals that certain types of agricultural damage are well detected while others, albeit clearly visible on Pleiades images, are harder to identify with the selected indices and filters on Sentinel-2 images. It also shows the potential of this approach to discriminate the extent of damage that was declared over agricultural areas. This study emphasizes how relevant the use of combined spectral, temporal and contextual information is to detect damages following an extreme rainfall event, in particular those caused by rainwater runoff, thanks to optical imagery, as spectral knowledge alone does not appear to be sufficient. This preliminary work paves the way for further work based on the development of more advanced change detection methods, clues and filters as well as artificial intelligence.
Mohamed Ramadane El Zarroug, , Jean Robert Kompany, Charles Muanda, Naima Shanak
Published: 1 December 2020
La Houille Blanche, Volume 106, pp 85-88; https://doi.org/10.1051/lhb/2020054

Abstract:
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. Dans les pays arides comme la Tunisie, le besoin de trouver de nouvelles sources d'eau pour l'irrigation est devenu imminent. Le dessalement de l'eau de mer peut être une alternative à l'irrigation. Dans cet article, nous examinons les principales entreprises agroalimentaires spécialisées dans le dessalement pour l'irrigation dans le monde et les perspectives du potentiel de dessalement avec l'énergie solaire pour l'irrigation en Tunisie. Nous avons remarqué que plusieurs entreprises investissent de l'argent pour dessaler l'eau à des fins agricoles. Cependant, le coût d'un mètre cube d'eau reste parfois élevé pour aller de l'avant dans cette nouvelle technologie.
, Olivier Cerdan, Valentin Landemaine, Rosalie Vandromme, Jean-François Desprats, Sebastien Salvador-Blanes, Pierre Vanhooydonck, Arthur Gaillot, Louis Maniere, Isabelle Pene-Galland, et al.
Published: 1 December 2020
La Houille Blanche, Volume 106, pp 7-16; https://doi.org/10.1051/lhb/2020056

Abstract:
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. Runoff events are usually very concentrated in both space and time, and are therefore challenging to monitor. They result from the interactions of rainfall characteristics with both soil surface and intrinsic characteristics and catchment morphology. To improve our understanding of this complex process, five observatories were installed to monitor the runoff response of eleven catchments to natural rainfall events. Measurements were performed with a high frequency (≤ 15 min-time step) and over long time periods (1.5 to 11 years). 1640 rainfall-runoff events were extracted from rainfall and discharge time series. Statistical analyses were performed in order to determine significant triggering factors. The rainfall-runoff response of each catchment is highly variable, but some common features were identified across contrasted catchments. Under highly variable soil types, the catchment runoff exhibited contrasted patterns. Soil surface state, and land use were demonstrated to highly affect runoff. The scattering in the rainfall-runoff relationship demonstrated the key role of the initial soil moisture and rainfall characteristics. Lessons learnt from previous studies in these various environments, as well as their consequences on runoff understanding and modelling are discussed.
, Luc Marragou, Jean-Luc Nuel
Published: 1 December 2020
La Houille Blanche, Volume 106, pp 36-46; https://doi.org/10.1051/lhb/2020057

Abstract:
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. The city of Nîmes is a Mediterranean territory seriously exposed to flash floods. This phenome is linked to “cadereaux”, which are ditches that collect runoff. Nîmes was impacted by a major storm on 10th October 2014, locally similar to the historic one that happened on 3rd October 1988: cumulative rainfall closed to 400 mm and rain intensity higher to 100 mm per hour. The chronological experience feedback of the crisis management of this torrential event explains the concrete actions that are deployed before, during and after the flood. This is a concrete case of associated local authorities that are involved in a common project (Programme d'Actions de Prévention des Inondations, or Program of Actions for Flood Prevention) to assume flash flood prevention globally on an urban area exposed to urban runoff risks. The 10th October 2014 flood was not as impactful as its rain characteristics could let imagine, thanks to projects that have been led during the Program of Actions for Flood Prevention, especially concerning hydraulic structures. Nevertheless, the return on experience of this event has been precious to mature the flood prevention strategy and reinforce the concrete projects on the area of Nîmes. Thanks to a permanent political and financial support concerning flood prevention since 1988 and the collaboration between local partners involved in the program, these actions are still lead in Nîmes to reinforce flood protection strategy.
, Roxane Marchal, Thomas Onfroy
Published: 1 December 2020
La Houille Blanche, Volume 106, pp 56-65; https://doi.org/10.1051/lhb/2020058

Abstract:
En France, le régime d'indemnisation des catastrophes naturelles couvre depuis 1982 les principaux périls naturels (inondations, sécheresses géotechniques, tremblements de terre, submersions marines et cyclones dans les territoires d'Outre-Mer). Le groupe CCR (Caisse Centre de Réassurance) est un réassureur public, au cœur de ce dispositif, proposant une couverture illimitée aux assureurs avec garantie de l'État. Ainsi, CCR dispose d'une base de données presque exhaustive des données assurantielles à l'adresse et les restitutions sont effectuées à l'échelle communale. CCR développe depuis de nombreuses années des modèles d'exposition aux risques pour fournir une estimation rapide des dommages assurés notamment après la survenance d'un événement. Les indicateurs et analyses assurantielles telles que le coût moyen par sinistre, le ratio sinistres à primes S/P ont démontré que le ruissellement urbain a pour conséquence une sinistralité élevée en termes de montant de dommages. Dans leur ensemble, les inondations représentent 55 % de la sinistralité depuis 1982. Les sinistres consécutifs à des ruissellements représentent 22 % de la sinistralité totale en France pour la période 1995–2019. En termes de coût moyen, un sinistre en zone de ruissellement se situe aux alentours de 8 k€. À l'échelle d'un bassin versant urbanisé, les sinistres liés au ruissellement représentent 78 % de la sinistralité totale. Cet article propose une analyse détaillée des données et des indicateurs utilisés pour estimer la sinistralité due au ruissellement. Une compréhension fine de ces données permet d'anticiper et de garantir la solvabilité et pérennité du régime Cat Nat français. In France, since 1982, the natural hazards insurance scheme covers the main natural hazards (floods, shrinking-swelling clay, earthquakes, coastal flooding and cyclones in overseas territories). The Caisse Centrale de Réassurance (CCR) group is a public reinsurer, at the heart of this scheme, offering an unlimited cover to insurance companies with a State guarantee. Thus, CCR has an almost exhaustive database on insured assets geolocalized at the address level and the restitutions are made at the community level. For many years, CCR has been developing risk exposure models to provide rapid estimates of insured losses, notably after the occurrence of an event. Insurance indicators and analyses such as the average cost per claim, the S/P loss ratio, have demonstrated that the urban runoff generates a high loss ratio. As a whole, flooding has accounted for 55% of the damage claims experienced since 1982. Claims resulting from runoff represent 22% of the global sinistrality in France for the period 1995–2019. In terms of average cost, a claim in runoff areas is estimated around 8 k€. At the urbanized catchment scale, runoff claims represent 78% of the total claims. This article proposes an in-depth analysis of the insurance data and indicators used to estimate the runoff related claims. A detailed understanding of these data allows us to anticipate and guarantee the solvency and the sustainability of the French Nat Cat scheme.
Published: 1 December 2020
La Houille Blanche, Volume 106, pp 17-24; https://doi.org/10.1051/lhb/2020053

Abstract:
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. The urban area of Nancy has been hit by an outstanding rainfall event on the 21th of May 2012 in the evening. The accumulated rainfall amounts have exceeded locally 100 millimeters within 3 h. This thunderstorm induced outstanding inundations, especially in the eastern part of the area, in the watershed of the Grémillon stream, in the towns of Saint-Marc, Essey-les-Nancy, Pulnoy and Seichamps. A detailed post-event study, coordinated by the GIP-GEMCEA, has been conducted in order to document this extraordinary event and draw some conclusions on the management of runoff and flash floods in dense urbanized areas. The methodology of this study, the collected information, as well as the main conclusions are presented hereafter. It revealed that the major observed damages are related to the overflow of the Grémillon stream, its tributaries and of the main pluvial sewer replacing the stream in its downstream course. The estimated unit peak discharges produced on the rural upstream parts of the Grémillon watershed are very significant: about 4 m3/s/km2, equivalent to about 15 mm/h effective rainfall, indicating high runoff rates on these rural areas during the peak of the event. Moreover, simulations show that the Grémillon peak discharge for this event would probably have been close to the observed one without the contribution of the impervious areas. These inundations illustrate that urbanization should take into account the possible floods of small urban and peri-urban streams and allow the flood water to flow through the urban network with limited impact. Urbanization should allow flood water to flow downstream.
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