Colloque « Espace et éducation »

Le risque d'inondation

Christian Puech, Cemagref

En quoi les images satellite peuvent-elles être utiles à la compréhension et à la gestion des inondations ? Les inondations sont un phénomène relativement complexe. Je vous présenterai donc, en préambule, les différentes phases de l'inondation. Ensuite, je vous montrerai plusieurs images illustrant la phase de débordement. Enfin, nous effectuerons l'analyse de la crue de la Meuse en 1993, qui est intéressante sur le plan pédagogique.

Les problèmes de l'inondation : de la pluie aux débordements

Classons les problèmes d'inondation de l'amont vers l'aval. Tout d'abord, on effectue une analyse météorologique. Grâce aux données recueillies à partir des radars au sol, on obtient une évolution temporelle très fine et des cartographies précises de la pluviométrie. Ces données alimentent des modèles de prévision hydrologique, qui sont en cours de développement, et qui recèlent encore d'importantes potentialités. Les radars embarqués sur satellite fournissent des images selon un mode très différent des radars au sol. La deuxième partie de l'observation de l'inondation consiste à comprendre la genèse du ruissellement de l'eau en fonction de la morphologie des sols, de l'utilisation et de l'occupation des sols. La troisième partie correspond à l'étude de l'écoulement de l'eau en plaine qui engendre des débordements. Les modèles de prévision calculent la vitesse de l'écoulement, sa durée et le niveau de l'eau. Le dernier problème est l'évaluation du risque. Il consiste en la confrontation de l'aléa de débordement avec les enjeux de la plaine. La compréhension des risques de l'inondation a pour objet l'aide à la décision.

Genèse du ruissellement

En hydrologie, la genèse du ruissellement se décompose en deux phases. La première est celle de la «production». Il s'agit de séparer les fonctions classiques, au niveau local, de pluviométrie, d'évapotranspiration, d'infiltration et de ruissellement. On y ajoute, dans la deuxième phase, les fonctions de «transfert» des eaux, fondées sur la présence des chenaux. La télédétection contribue à analyser les phases de production et de transfert, à partir d'images des états de surface (végétation, pente, humidité des sols…) et de la morphologie du bassin versant (présence de crêtes, de rivières…). De ce 94 modèle, les scientifiques déduisent le débit probable à la sortie. Par exemple, certaines caractéristiques morphologiques, telles les limites des bassins versants, sont analysées par les scientifiques à l'aide de modèles numériques de relief (MNT).

Modèle hydraulique

Le débit probable à la sortie représente l'entrée du modèle hydraulique à partir duquel on essaie d'analyser comment l'eau se répand dans la plaine. Les calculs hydrauliques permettent d'obtenir des informations sur les hauteurs d'eau par secteur. Les images utilisables sont celles qui fournissent une vision de la géométrie de la plaine. Les résultats attendus du modèle hydraulique concernent la vitesse, les hauteurs d'eau, les surfaces inondées et les durées.

Les images satellite et les photos aériennes des débordements permettent de confronter les modèles hydrauliques avec la réalité. Ces images permettent de constater un certain nombre de paramètres, comme les surfaces, les niveaux d'eau, les routes coupées et les zones de dégâts.

Ces images représentent un enjeu important pour la gestion des risques d'inondation. Les images à haute résolution spatiale fournissent une vision très précise de l'occupation de l'espace, comme les bâtiments et les infrastructures. Utilisation des images de crues L'observation de la phase de débordement est soumise à un certain nombre de contraintes. En effet, il est difficile d'obtenir des photographies en raison de la nébulosité et de la répétitivité des satellites. De plus, il est intéressant d'obtenir des images qui sont en synchronisation avec les pics de crue. Dans le cas contraire, elles n'ont que peu d'intérêt. Il convient alors de trouver un compromis, celui-ci dépendant de la région. En zone méditerranéenne, l'observation des crues est difficile, dans la mesure où les crues sont extrêmement rapides, contrairement au Nord de la France. Le contexte géographique est donc très important.

Les images utilisables sont obtenues à partir de satellites optiques, de satellites radar, d'avions ou de drones (avions sans pilote). Les résolutions sont de l'ordre de plusieurs mètres avec les satellites et peuvent descendre jusqu'à quelques centimètres avec les drones. Parmi les critères de choix entre ces différents moyens d'observation, les résolutions spatiales et les aspects temporels sont naturellement très importants.


Étendue des inondations sur la Camargue.
Image acquise par le satellite Spot 4 le 7 décembre 2003 (20 m de résolution). © Cnes.

Finalement, les images pouvant être utilisées sont nombreuses, grâce au développement des satellites d'observation. En revanche, il est toujours difficile d'obtenir une image au format adéquat et prise au meilleur moment. Actuellement, l'exploitation des images est très sommaire, souvent qualitative. L'imagerie spatiale est peu utilisée pour alimenter les modèles hydrologiques ou hydrauliques, contrairement à ce qui se passe pour les modèles météorologiques. En effet, les modèles hydrologiques actuels sont des modèles non spatiaux (essentiellement temporels) qui ont du mal à intégrer les données image (spatiales).

Analyse de la crue de la Meuse en 1993

Les images disponibles concernent la zone de Charleville et de Sedan. Elles ont été prises à trois dates différentes : le 28 décembre 1992 et les 9 et 15 janvier 1993. Il est intéressant d'analyser la dynamique de cet événement. On remarque qu'entre le 28 décembre et le 9 janvier, la crue a diminué à certains endroits. Toutefois, l'image du 15 janvier montre l'apparition d'une nouvelle crue en amont des endroits où une décrue avait été constatée quelques jours auparavant. Je rappelle que cette crue s'est déplacée à environ 1 kilomètre/heure. La zone du fleuve observée mesurant plus de 30 kilomètres, la crue se propage donc en plus de 24 heures. Les images radar ne sont pas toujours fiables, il faut les confronter avec celles qui sont effectuées sur le terrain.

Conclusion

Les images sont nombreuses mais ont un caractère aléatoire. Les analyses sont intéressantes mais doivent toujours être complétées par des modèles de terrain. Hors crue, des cartographies numériques fournissent des données très précises. Même si l'assimilation de ces données dans les modèles hydrauliques et hydrologiques n'est pas vraiment opérationnelle aujourd'hui, le nombre grandissant de données spatiales sur les plaines inondées rend peu à peu leur utilisation incontournable.


Tache d'eau. Image Radarsat de la Moselle, février 1998. © Cnes.

Échanges avec la salle

De la salle : S'agissant du traitement des images, il nous a été suggéré d'utiliser le logiciel Titus. Mais actuellement, je parviens à utiliser les données de manière plus efficace, sans recourir à ce logiciel. En effet, il est plus important de prêter une attention spécifique à l'interprétation des images, que de comprendre le traitement des images lui-même. Je précise que le logiciel Titus est un logiciel recommandé par l'Éducation nationale qui permet d'utiliser des images.

Catherine Biaggi : Le logiciel Titus est proposé sur le site Internet EducNet.

De la salle : Vous avez évoqué le terme de « démonstrateur ». Il est fondamental de comprendre comment une image a été obtenue, afin d'interpréter une zone inondée. D'une manière générale, l'image que nous montrons aux élèves ne reflète pas la stricte vérité. À tout le moins, elle est le résultat d'appareils de mesure qui ont leurs limites. Or, il est nécessaire de connaître ces limites pour vérifier si les données observées sont compatibles avec nos propres connaissances. Finalement, il serait intéressant de donner aux enseignants le moyen d'expliquer et de ne pas proférer ainsi des vérités intangibles.

Lionel Mercier : L'exploitation des images brutes est très utile d'un point de vue pédagogique. Il est également possible de travailler sur des produits plus élaborés, qui délivrent des informations permettant immédiatement de tirer des conséquences, comme celles d'un événement météorologique sur les activités socioéconomiques, par exemple.

Christophe Rehel : Les différentes approches sont très intéressantes car elles apportent des regards complémentaires.

De la salle : Quelles sont les difficultés à assimiler les données actuelles dans les modèles existants ?

Christian Puech : Les modèles hydrologiques sont anciens, puisqu'ils ont été conçus sur les variables disponibles il y a 30 ans. Il existe donc un décalage complet entre les variables qui servent de fondement aux modèles et les variables observées avec les images. Afin de remédier à cette difficulté, nous travaillons sur des modèles distribués, grâce auxquels il est possible de prendre en compte des informations sur l'occupation du sol. Cependant, les changements de modèles nécessitent un certain temps, a fortiori si l'on souhaite construire un modèle efficace.

De la salle : Notre mission est d'apprendre aux élèves à prendre une certaine distance avec les informations reçues. Mais il convient de faire preuve de prudence, afin de ne pas introduire le doute dans l'esprit des adolescents. Par ailleurs, il est intéressant de faire le lien entre les travaux scientifiques réalisés sur les inondations, et la réalisation des plans d'exposition aux risques. Il me semble que ce lien représente un enjeu important dans le domaine de la gestion des risques.

Christian Puech : Il est vrai que les images qui vous ont été présentées aujourd'hui ont un intérêt direct. Mais parfois, nous ne disposons que d'images datant de 24 heures après le pic de crue. Les limites et les contraintes doivent donc être intégrées à l'analyse. De plus, certaines incertitudes scientifiques subsistent, comme les tracés ou l'imperfection du seuillage. Dans le domaine scientifique, la difficulté principale réside dans la représentation et l'évaluation des incertitudes. Mais les autorités administratives sont réticentes à la représentation de ces incertitudes : elles veulent éditer des documents où chaque limite est une seule ligne, précise, et juridiquement valable.

Lionel Mercier : En météorologie, la technique n'est pas intuitive. Pour effectuer des prévisions à 7 jours, nous disposons d'environ 50 modèles, dont les résultats sont différents. Les professionnels doivent donc intégrer la dimension de l'incertitude et du risque, ce que le public n'accepte que difficilement.

Jean-Marc Simon : Il est nécessaire d'apprendre aux élèves à gérer le doute et l'incertitude. Dans cette perspective, une information scientifique ne peut être communiquée sans précision sur son degré de validité et sur son domaine d'incertitude. Catherine Biaggi : Il ne faudrait pas, à l'opposé, faire preuve d'excès de relativisme.

Lionel Mercier : Le langage probabiliste est très précis et il permet de tirer des enseignements précieux en matière de prévisions météorologiques. Néanmoins, il nécessite un travail de mise en forme considérable.

Catherine Biaggi : De même, il est intéressant de montrer pourquoi et comment les responsables politiques prennent leurs décisions, par exemple dans le domaine de l'aménagement.

Jean-Marc Simon : En ce sens, l'interdisciplinarité peut permettre d'acquérir la possibilité de prendre des décisions, en intégrant le paramètre de l'incertitude.

Actes du séminaire national - Les sciences de la vie et de la Terre au XXIème siècle : enjeux et implications 15 et 16 décembre 2004

Mis à jour le 15 avril 2011
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