Modélisation hydrologique, hydraulique et hydrogéologique déterministe pour les systèmes d'aide à la décision en temps réel

Dans la région sud-est de la France, les inondations et les sécheresses affectent les bassins versants montagneux, notamment les Paillons et le Var à l'est et à l'ouest de la ville de Nice, en France. La vallée du Var est l’une des principales ressources en eau douce de la métropole niçoise (ou Métropole Nice Côte d’Azur (MNCA)). La rivière des Paillons est couverte dans sa traversée du dense centre urbain. Sur la Côte d'Azur, comme dans de nombreuses villes côtières méditerranéennes, l'urbanisation et le développement économique sont en hausse et peuvent être profondément affectés lors d'événements convectifs extrêmes tels que la tempête Alex enregistrée en octobre 2020 ou les inondations de 2019. De plus, la demande de ressources en eau augmente.
Cette situation a motivé le développement du système d'aide à la décision AquaVar depuis 2014. L’outil AquaVar a couplé avec succès des modules hydrologiques, hydrauliques et hydrogéologique pour optimiser la gestion des données collectées et fournir des informations utiles pour la gestion en temps réel des risques et des ressources en eau. À ce jour, le système a été utilisé dans plusieurs applications techniques liées aux ressources en eaux souterraines et à la gestion des crues extrêmes dans le bassin versant du Var. Cependant, d'autres parties du MNCA, y compris les Paillons confrontés à des problèmes similaires, ne sont pas couvertes. Ainsi, l'outil peut être étendu aux Paillons pour répondre au risque d'inondation urbaine et combler le manque de connaissance de la dynamique de l'aquifère libre.
Cette thèse explore la modélisation des processus complexes de ruissellement et des écoulements souterrains pour un système d’aide à la décision en temps réel dans le bassin versant des Paillons. Dans cette étude, les processus d'écoulement sont évalués avec trois modèles déterministes. MIKE SHE représente les processus hydrologiques de l'ensemble du bassin versant. Les modules de surface et fluvial de MIKEPlus modélisent les processus d'écoulement de surface et Feflow capture la dynamique des eaux souterraines. Une stratégie de modélisation a été conçue pour réaliser l'évaluation dans des intervalles de temps 6-mn, horaires et quotidiens. Pour MIKEPlus, le modèle est calibré et validé avec des événements sélectionnés en 2017 et 2019. Les enregistrements vidéo disponibles ont été utilisés pour fournir une quantification alternative en temps réel des événements d'inondation. MIKE SHE a été calibré en 2011-2016 et validé en 2016-2020. Un réseau de neurone artificiel (ANN) a été utilisé pour améliorer les résultats issus de MIKE SHE. Feflow a été évalué en faisant varier les paramètres empiriques et en utilisant la recharge et le niveau d’eau dans le cours d’eau calculés avec MIKE SHE entre 2009 et 2013 sans possibilité de comparaison effective avec des données observées sur le long terme. Afin d'optimiser la croissance des enregistrements de suivi vidéo des crues, une méthode basée sur l'image est testée avec Fudaa-LSPIV pour estimer le débit et proposer l'intégration de l'approche dans la gestion en temps réel des crues des Paillons.
Les trois modèles déterministes sont les pièces maîtresses du système AquaPaillons. L'étude pourrait confirmer l'application de l'architecture et du processus de modélisation AquaVar aux Paillons. En plus, AquaPaillons ajoute de nouvelles méthodes de quantification à l'architecture AquaVar existante appliquée aux Paillons. Finalement, les outils pourraient être utilisés pour reproduire les hydrogrammes de crues en temps réel et prévoir les événements extrêmes.