Soutenance de thèse de Florence MAINGUENAUD

L’évaluation du risque d’inondation dans les zones protégées par les digues nécessite la modélisation des nombreux processus mécaniques et hydrauliques s’opérant lors d’une inondation. Les démarches intégrées d’évaluation du risque d’inondation offrent théoriquement une prise en compte complète du processus et distinguent trois principales étapes : i) la modélisation et l’évaluation de l’aléa hydraulique par des modèles hydrologiques, ii) l’évaluation de la fiabilité du système de défense contre les inondations par des modèles mécaniques, et iii) la propagation de l’aléa inondation par des modélisations hydrauliques de la propagation d’ondes d’écoulement ou de rupture. Les démarches intégrées d’évaluation du risque d’inondation aboutissent en une ou plusieurs cartes d’inondation, chacune dépendante de l’intensité et de la durée de l’aléa inondation modélisé. Le risque d’inondation est alors évalué en combinant l’aléa inondation, les enjeux exposés à l’inondation et leur niveau de vulnérabilité. Les pratiques actuelles mettent en évidence plusieurs verrous scientifiques et besoins d’amélioration dans les modélisations et à chaque étape du processus d’évaluation du risque d’inondation. Ils sont principalement les suivants : i) l’évaluation de la fiabilité des digues en considérant les multiples mécanismes de rupture potentiels, ii) la considération d’approches par multiples scénarios hydrauliques prenant en compte de multiples brèches dans les digues tout le long de leur linéaire, iii) une analyse probabiliste spatialisée de l’aléa inondation dans les zones protégées, et iiii) l’estimation de la vulnérabilité des zones protégées en lien avec les données disponibles et les objectifs visés. Notre thèse vise à apporter des méthodes et modèles pour évaluer de façon intégrer le risque d’inondation dans les zones protégées par les digues. Tout d’abord, nous proposons une méthode d’évaluation des probabilités de défaillance des digues en terre en considérant différents aléas de crue et les différents mécanismes de défaillance : érosion interne, glissement et surverse. Pour cela, nous prenons en compte la variabilité des propriétés géotechniques des matériaux constituant les digues et plusieurs intensités de crues associées à des probabilités d’occurrence. Au moyen des conditions d’équilibre-limite des mécanismes de rupture, de simulations Monte-Carlo et en utilisant les dires d’experts, nous évaluations les probabilités de rupture par glissement, par érosion régressive et par surverse, puis nous proposons une méthode à base de simulations pour aboutir aux courbes de fragilité des digues. Ensuite par de multiples simulations hydrauliques reproduisant de multiples scénarios d’inondation et de rupture de digue et par des analyses statistiques et probabilistes des paramètres d’inondation générés, nous générons une représentation spatialisée et probabilisée de l’aléa d’inondation. Les événements d’inondation modélisés permettent de mettre en évidence la contribution respective de chaque tronçon de digue dans la fiabilité du système d’endiguement considéré dans sa globalité. Pour chaque scénario associé à la rupture des différents tronçons de digue, nous générons des cartes d’inondation associées à la profondeur d’eau et à la vitesse du flux d’eau, permettant l’évaluation de la probabilité d’occurrence de l’inondation. Leur combinaison résulte en une représentation probabiliste de l’aléa d’inondation où, pour chaque point de la zone protégée, la distribution probabiliste des paramètres de l’inondation est obtenue. Les perspectives de ce travail concernent une représentation probabiliste spatialisée, au moyen d’outils SIG, des cartes du risque d’inondation sur les territoires protégés par les digues et des développements sur de nouvelles considérations de vulnérabilité des territoires.

Flood hazard assessment is a necessary input to a flood risk assessment. Integrated flood hazard assessment methods provide a good overview and distinguish three steps: assessment of the flooding event probability, reliability assessment of the flood defense system, flood propagation using numerical simulations. Flood hazard assessment results in one or several flood maps, each dependent on the intensity and duration of the modelled flooding event. One of the definition of flood risk assessment is the combination of hazard, exposure, and vulnerability. We identified several gaps in each step of the flood risk assessment process. The gaps found in flood hazard assessment include: the lack of decisive method to estimate a combined levee failure probability of various failure mechanisms. And few probabilistic flood hazard assessment method which include levee failure scenario. Vulnerability estimation depends on available data and study objectives, resulting in many methods and scales to estimate of flood risk. One of Integrated Flood Risk Management (IFRM) aims is to provide a standard for risk assessments to enable comparisons between different studies and better management on the long run. To to address those gaps, we propose a method to estimate earthen levee failure probabilities for several return periods and failure mechanisms (backward erosion, slope stability, and overflow). We used limit equilibrium method and Monte-Carlo simulations to estimate sliding failure, compared seepage gradients to a critical gradient to estimate backward erosion failure, and used expert judgement to estimate overflowing failure probabilities. We aggregated failure mechanism probabilities into a global fragility curve using Monte-Carlo simulations, hence providing a comprehensive fragility curve for an earthen levee segment. We defined several scenario of flood and levee failure for backward erosion and overflowing mechanisms to compute a probabilistic flood hazard map. We modelled six flood events, each challenging the levee reliability, enabling the breaching of each levee segment. For each scenario, the resulting flood maps of water depth and velocity are associated with a flood occurrence probability and a levee failure probability. The maps are combined into a single probabilistic flood hazard map where for each pixel, a cumulative probability curve of depth and velocity is available. Future works will propose a probabilistic flood risk map building on the probabilistic flood hazard method, and applying new vulnerability considerations.