Appel a projets de recherche 2003 – 2005



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APPEL A PROJETS THEMATIQUES PRIORITAIRES 2003-2005--- ANNEE3





THEMATIQUES PRIORITAIRES

2003-2005



Intitulé du projet : Prévention Numérique de Crues

Thème : Développement durable (Risques Naturels)

Responsable du projet : J. Monnier (INPG-Ensimag & INRIA-Idopt)



Thématique : Développement durable (Risques Naturels)

Etablissement ou organisme gestionnaire présentant le projet: INRIA Rhône-Alpes

Responsable du projet Nom, Prénom: Monnier, Jérôme

Adresse électronique : Jerome.Monnier@imag.fr

Téléphone: +33 4 76 63 59 63

Télécopie: +33 4 76 63 12 63

Laboratoire : (Nom et adresse complets )

LMC-IMAG, INRIA- Projet IDOPT,

BP 53, 38041 Grenoble Cedex 9


Titre du projet : Prévention Numérique de Crues


Résumé ( objectifs, méthodologie et résultats attendus) 20 lignes maximum

Les modèles numériques d’hydraulique fluviale jouent un rôle important dans la prévention de crues, la gestion des ouvrages et l’étude des risques liés. Les modèles et logiciels de simulation actuels sont relativement satisfaisants pour un certain nombre de configurations. Cependant, les entrées de ces modèles (débit amont, condition initiale, coefficients de rugosité, topographie) sont connues partiellement, floues voire inconnues, tandis que nous disposons de données observées (hauteurs d’eau en très peu de points, images éventuelles) mais qui ne sont actuellement pas intégrées de manière quantitative aux processus de modélisation et simulation numériques. Bien sûr, pour effectuer des simulations réalistes et fiables, il est impératif que les entrées des modèles soient elles-mêmes fiables. A l’instar de la prévision météorologique, le recours à l'assimilation de données, l’identification de paramètres ainsi qu’à l’évaluation et la propagation d’incertitudes dans les modèles d’hydraulique fluviale, est indispensable à une simulation numérique opérationnelle et à une cartographie de crues précise.

Dans le cadre de ce projet, les deux objectifs suivants sont développés :



  1. Identification de paramètres, calage de codes, assimilation variationnelle de données pour les modèles numériques existants.

  2. Analyse de sensibilité et évaluation de la propagation des incertitudes sur les données.

Ce projet est par construction très fortement pluridisciplinaire. Les acteurs sont des mathématiciens appliqués numériciens (INRIA projet IDOPT & LMC-IMAG), des informaticiens (INRIA), des hydro-informaticiens (Cemagref), des mécaniciens des fluides (LMFA) et des ingénieurs conseils (Sté Sogreah).





DOCUMENT 2 Rapport d’activité « année 3 »

Partenaires Initiaux et Nouveaux Partenariats (suite aux travaux année 2)



CEMAGREF Lyon 

JB Faure (CR, resp. équipe) 30%

A. Paquier (Ingénieur de Recherche) 30%

O. Souhar (post-doctorant, BAC année I 2004-05



E. Mignot (Doctorant 02-05) 100%

C. Leupi (Postdoctorant, BAC année III, Fev- Dec 06) 100%


INRIA Projet IDOPT (LMC-IMAG)

J. Monnier (MCF INPG en délégation INRIA

resp. filière ENSIMAG Modélisation-Calcul-Simulation) 100%

FX Le Dimet (Professeur UJF, resp. projet IDOPT) 50%

X. Lai (Chercheur confirmé, BAC année III, Fev- Dec 06) 100%

I. Gejadze (Chercheur confirmé, BAC année II, Avril 05 – Fev 06) 100%

M. Honnorat (Doctorant 03-06, BDI-CNES) 100%
LMFA (ECL, INSA Lyon)

R. Perkins (Professeur ECL, resp. équipe) : 10%

N. Rivière (maître de conférences INSA) : 30%

Cemagref Montpellier et Maison de la Télédétection



C. Puech (DR Cemagref) 30%

R. Hostache (Doctorant 03-06) 50%



Rappel des Objectifs tels que définis l’Année 1

Pour une meilleure lecture du rapport, nous rappelons brièvement les objectifs annoncés.
L’objectif est d’améliorer de manière notable des outils logiciels actuels 1D et 2D de cartographie numérique de surfaces inondables et d’accompagner à terme cette cartographie d’un indice de confiance.
Le travail porte sur :

  • l’assimilation de données et calage pour les modèles existants (1D et 2D),

  • la propagation d’incertitudes dans ces modèles.


Objectif 1. Assimilation de données, identification et calage des modèles St Venant existants

Management : INRIA-IMAG. Collaborateurs : Cemagref – LMFA - INRIA TROPICS - INRIA CLIME- Maison Teledetection - Sogreah.
A partir de modèles numériques St Venant 1D et 2D fiables et développés dans le cadre de l’hydraulique fluviale, nous développons des processus d’assimilation, d’identification et de calage basés sur les techniques mathématiques et informatique de type contrôle optimal et optimisation –comme par ex. en météorologie-.
De manière complémentaire à cette approche algorithmique et logiciel, nous utiliserons la maquette instrumentée du LMFA (Insa Lyon). Cette maquette simule un carrefour en zone urbaine. Elle est destinée à l'élaboration et la validation de modèles numériques 2D.

Aussi, le Cemagref dispose d'un modèle 2D sur la Bourbre et des données pour un modèle 1D de l’Ardèche.


Objectif 2. Estimation de l'incertitude sur l'extension d'une zone inondable

Management : Cemagref. Collaborateurs : IMAG-INRIA-LMFA-Sogreah
Le résultat de simulation numérique de zones inondables est présenté en général sous la forme d'une carte donnant l'extension des zones touchées par l'inondation (enveloppe des zones inondées).

Toutes les données nécessaires à la simulation sont entachées d'incertitudes généralement difficiles à évaluer mais qui produisent des incertitudes sur les résultats qu'il convient d'évaluer le mieux possible.


Le but de ce travail est de mettre au point une méthode d'évaluation de l'incertitude portant sur l'extension d'une zone inondable en la reliant à celle portant sur les données, en particulier sur les données géométriques.
Une méthode classique d'estimation des incertitudes consiste à réaliser une étude de sensibilité des résultats de la simulation aux variations des paramètres qui contrôlent l'écoulement. Le grand nombre de ces paramètres met hors de portée une approche systématique faisant varier chaque paramètre individuellement. Les deux approches complémentaires suivantes seront privilégiées :

  • Ajouter un bruit aléatoire d'amplitude maximale donnée et faire un grand nombre de simulations toutes choses égales par ailleurs.

  • Les techniques de différenciation de code permettent de réduire sensiblement la charge de calcul pour évaluer la dépendance de la solution par rapport aux paramètres qui contrôlent l'écoulement. Le calcul direct du gradient de la solution ou d'une variable composite (largeur au miroir ou surface inondée par exemple) permet de déterminer facilement les points clés qui contrôlent cette variable. On peut ensuite construire un intervalle de confiance capable de tenir compte de la relation non linéaire entre l'incertitude sur les données géométriques (comme la cote du fond de la rivière) et la largeur de la zone inondée.

Résultats année 3

Nous présentons le planning des tâches effectuées en année 3, par thématique développée dans le projet (objectifs 1 et 2).

Chacune des thématiques développées s’appuie sur une collaboration forte entre les différents partenaires du projet.


Rapport relatif à l’objectif 1 « Assimilation de données, identification et calage des modèles »



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