Modélisation du ruissellement sur les bassins versants : la méthode ExZEco “ Extraction des Zones d’Ecoulement ” du Cerema pour identifier les zones d’écoulement.
Exemple des données d’emprise des zones potentiellement sujettes à des inondations par ruissellement, produites par la méthode ExZeco.
L’outil ExZEco a été utilisé dans le cadre de l’Évaluation préliminaire des risques d’inondation, à l’échelle nationale, en 2011, pour compléter les zones potentiellement inondables par débordement et ruissellement, et établir les Enveloppes Approchées des Inondations Potentielles nationales.
Développée par le Cerema pour répondre à un besoin des territoires, cette méthode pour évaluer le risque ruissellement sur les bassins versants a modélisé les territoires sensibles d’une dizaine de départements (métropolitain et outre-mer). Les territoires peuvent ensuite utiliser la méthode pour différents usages.
Départements concernés par l’étude ExZEco
Une méthode pour anticiper les « crues soudaines » sur les bassins versants.
Le risque d’inondation sur les bassins versants de taille relativement faible, étant généralement des inondation par ruissellement (crues soudaines), est aujourd’hui peu connu comparé à ceux des grands bassins versants. Pourtant, ces inondations, bien qu’elles soient localisées sur les plus petits cours d’eau pérennes ou intermittents, peuvent s’avérer dévastatrices.
Les zones exposées à ce type d’aléa d’inondation sont par définition très nombreuses et il est important d’identifier ce phénomène local à l’échelle de grands territoires pour savoir où il y a lieu de préciser l’aléa et ensuite le risque potentiel.
Détail de la méthode : automatisée et à grand rendement.
Cette méthode ExZEco part d’un SIG et est applicable à partir d’un modèle numérique de terrain (MNT) représentant la topographie. Cela permet entre-autre de calculer les thalwegs (points les plus bas), c’est-à-dire les chemins préférentiels d’écoulement de l’eau en période de pluie.
A partir du MNT sous forme de grille, il est possible de calculer des thalwegs :
Il représente les altitudes d’une zone géographique par des valeurs à intervalle régulier. Un MNT 5 mètres comporte des points d’altitude sur une grille de carrés (pixels) tous les 5 mètres dans la direction Est-Ouest et tous les 5 mètres Nord-Sud. Pour que la méthode fonctionne, à chaque nouveau calcul les valeurs du MNT « de base » sont modifiées en ajoutant 20 cm à certains pixels choisis au hasard.
La méthode D8 :
Le D8 (1) permet de trouver les fonds de vallée ou les dépressions (les thalwegs) en identifiant les pixels « bas » du MNT. L’algorithme compare l’altitude de chaque pixel et calcule le sens de circulation de l’eau de ruissellement entre chaque pixel puis identifie les pixels qui drainent la plus grande surface, qui sont les pixels « bas ».
(1) Jenson, S. K. et J. O. Domingue. 1988. « Extracting Topographic Structure from Digital Elevation Data for Geographic Information System Analysis. » Photogrammetric Engineering and Remote Sensing 54 (11): 1593-1600.
En modifiant légèrement la topographie de manière aléatoire (en la « bruitant »), un nouveau thalweg peut être calculé. En répétant cette opération un grand nombre de fois, une emprise potentiellement inondable apparaît.
Résultats de la méthode ExZEco
L’amélioration et la disponibilité des Modèles Numériques de Terrain et la puissance de calcul d’un cluster du Cerema permettent à Exzeco de fournir sur de grands territoires :
- les cuvettes ou dépressions topographiques;
- les endoréismes (naturels ou anthropiques) correspondant à des écoulements n’ayant pas d’exutoire en mer;
- Les emprises Exzeco avec plusieurs scénarios.
Exemples de résultats obtenus avec la méthode EXZECO :
Pour quelles utilisations ?
Les données (résultats) Exzeco ont été utilisées pour :
- Certaines zones de PPRi, à partir des données 25 m ou 5 m,
- L’aide à la réalisation de retours d’expérience post-crue,
- Des diagnostics territoriaux,
- Des diagnostics de zones inondables à l’international sur des MNT mondiaux.
- La réalisation de l’EAIP (enveloppes approchées des inondations potentielles), base de calcul pour l’EPRI (évaluation préliminaire des risques d’inondations)de la directive inondation.
Les résultats de la méthode Exzeco sont également utilisés par certains bureaux d’études pour la réalisation de schémas d’assainissement en particulier.
Certaines limites de la méthode
La méthode utilise le relief, résultant en partie du modelage du terrain par les écoulements, mais aucune donnée sur l’hydrologie (pluie, débits). Ainsi, le résultat représente une emprise potentiellement inondable, mais aucune information pour quantifier l’aléa (hauteur d’eau, vitesse d’écoulement, débits, période de retour) n’est fournie.
À ce stade, les résultats Exzeco sont calculés sur la base du MNT (en enlevant les superstructures comme les bâtiments) et n’ont pas été réalisés avec des MNE (Modèles Numériques d’Élévation, qui eux prennent en compte les superstructures). Ces limites peuvent par exemple conduire à très mal représenter des écoulements en milieu urbain suivant certaines voiries routières.
Ainsi, les données Exzeco ont été produites à l’aide d’une méthode scientifique et uniformisées, mais n’ont pas fait l’objet d’un contrôle de plausibilité sur le terrain. Les résultats offrent un aperçu des emprises potentiellement concernées par des inondations sur les parties amont des bassins versants. Cependant, des inondations peuvent survenir sur des zones non couvertes par les couches Exzeco, en particulier pour les lits majeurs des cours d’eau. Selon l’utilisation envisagée, les résultats de la méthode Exzeco peuvent nécessiter une expertise ou des contrôles de terrain.
Sources.
https://www.cerema.fr/fr/actualites/modelisation-du-ruissellement-bassins-versants-methode
http://www.paca.developpement-durable.gouv.fr/IMG/pdf/methode_exzeco_13mai2019.pdf