La modélisation stochastique des pluies horaires et leur transformation en débits pour la prédétermination des crues

Pour étudier les distributions de fréquences des variables hydrologiques (pluies et débits) au pas de temps horaire, une méthodologie associant un générateur de chroniques de pluies horaires et un modèle conceptuel global de transformation de la pluie en débit a été développée. Sur une période de simulation donnée, la méthode génère une collection de scénarios de crues vraisemblables utilisée en prédétermination des risques hydrologiques. Les distributions de fréquences des variables hydrologiques sont construites empiriquement à partir des événements de pluies et de crues générés. L'extrapolation des distributions de fréquences des variables hydrologiques vers les fréquences rares se fait de façon empirique en augmentant la période de simulation, et non plus sur l'ajustement direct des distributions observées. Le principe de cette méthode (appelée SHYPRE : Simulation d'HYdrogrammes pour la PREdétermination) est donc d'utiliser les observations pour décrire le phénomène, afin de le reproduire statistiquement et de s'affranchir ainsi du manque d'observation. Son utilisation permet une estimation originale des quantiles de crues de fréquences courantes à rares et présente l'intérêt d'obtenir une information temporelle complète sur ces crues. De plus, on montre que l'approche fournit une estimation de quantiles de crues bien plus robuste que les ajustements statistiques des distributions observées, même pour les événements de fréquences courantes. Cette robustesse provient d'une meilleure prise en compte de l'information pluviométrique et de la stabilité de la paramétrisation du modèle pluie-débit.A statistical approach encompassing a stochastic model to generate hourly rainfall and rainfall runoff was used to study frequency distributions of hydrologic variables. The method generates numerous different flood events over a given simulation period to evaluate hydrologic risks. Entitled Simulated HYdrographs for flood PRobability Estimation (SHYPRE), it makes use of observed values to describe hydrological phenomena and successfully reproduces observed-value statistics. Frequency distributions of hydrologic variables are built empirically from model-generated rainfall and flood events. Extrapolation of these frequency distributions to rare frequencies is performed by simulation over longer periods, rather than by direct fit of theoretical probability distributions over observed values. This approach yields different estimations of flood quantiles for common to rare frequencies as well as complete temporal flood data. Moreover, SHYPRE estimates of flood quantiles are more stable than statistical distributions fitted onto observed values, even for frequent events. The improvement stems from better use of rainfall data and from the parametric stability of the rainfall model and rainfall-runoff model

Paradigmes de la mémoire

La question de la mémoire n’est pas nouvelle. Pour autant, les connotations aujourd’hui attachées à la notion – quand on la spécifie comme collective, sociale ou nationale – n’ont émergé que récemment. Si la problématique de la mémoire peut sembler aujourd’hui largement internationalisée, c’est au prix d’une série de décalages, dans les temporalités, dans les traditions théoriques mobilisées, dans les objets historiques privilégiés. À tenter une improbable synthèse générale, il apparaît que cohabitent aujourd’hui trois grandes problématiques, trois grands paradigmes de la mémoire. Le premier est celui des « lieux de mémoire », qu’on doit à Pierre Nora, le deuxième est celui du « travail de mémoire » auquel le nom de Paul Ricœur peut être associé, le troisième est celui des « cadres de la mémoire » issu des réflexions de Maurice Halbwachs sur les conditions sociales de la production et de l’évocation des souvenirs

Impact de l'incendie de forêt d'août 1990 sur le comportement hydrologique du bassin versant du Rimbaud (massif des Maures, Var, France)

6 tableaux ; 11 figuresDans le bassin versant du Rimbaud, après l'incendie de forêt d'août 1990, le comportement du ruisseau est devenu fortement impulsionnel. La destruction du couvert végétal a favorisé le déclenchement du ruissellement superficiel sur les versants et donc la multiplication de crues violentes. L'impact de l'incendie s'est manifesté pendant plus de deux ans. La revégétalisation du bassin versant a ensuite pondéré la réponse des écoulements aux précipitations. Le traitement à l'échelle annuelle des données du bassin versant du Rimbaud fait apparaître un accroissement des écoulements de l'ordre de 15 % après le feu. Toutefois la stationnarité de la chronique pluviométrique du poste du Rimbaud qui influence de façon déterminante le calcul des précipitations, est loin d'être démontrée. En définitive, il ressort que sur le bassin versant du Rimbaud, qui est constitué de roches très massives et dispose d'une capacité de stockage en eau extrêmement réduite, les conséquences de l'incendie sur les écoulements annuels sont modestes et se situent dans la marge d'incertitude des méthodes utilisées

Estimation de la part du ruissellement sur les versants dans les crues du ruisseau du Rimbaud (massif des Maures, Var, France) après l'incendie de forêt d'août 1990

International audienceLes recherches sur l'hydrologie, l'hydrochimie et les phénomènes d'érosion mécanique menées dans le bassin versant du Rimbaud (1,46 km2) après l'incendie de forêt d'août 1990, ont permis la mise au point d'une méthode de décomposition des hydrogrammes entre les eaux fournies par le ruissellement sur les versants et les eaux ayant effectué un trajet souterrain. La décomposition utilise comme traceur le sodium ou les ions chlorures, deux éléments dont les concentrations mesurées dans la pluie ne subissent pas de modification au contact du sol après la destruction du couvert végétal. Les essais conduits avec l'oxygène-18 n'ont pas été concluants. Deux crues, les plus représentatives du comportement impulsionnel du ruisseau du Rimbaud après l'incendie, ont été décomposées. L'une s'est produite en début d'année hydrologique (27 septembre 1992 – P : 72,0 mm), l'autre à la fin des pluies d'automne (9 décembre 1990 – P : 87,7 mm). Ces deux épisodes diffèrent très nettement par l'abondance des écoulements générés par les précipitations (coefficient d'écoulement total : 18,6 % en septembre 1992 ; 87,5 % en décembre 1990). Mais elles se ressemblent par les débits maxima (7,7 et 7,8 m3/s) et par l'importance des eaux fournies par le ruissellement sur les versants pendant la crue elle-même. Cette source d'alimentation représente 89 % du débit de pointe et 76 % du volume d'eau écoulé pendant la crue du 27 septembre 1992 ; 89 % du débit de pointe et 47 % du volume d'eau écoulé pendant la crue du 9 décembre 1990

Prévision de crues avec le modèle conceptuel pluie-débit GR3H. Adaptabilité aux incertitudes sur la pluie

La prévision des crues des petits bassins versants, avec un modèle pluie-débit, est fortement conditionnée par la connaissance de la pluie. Cette information, estimée par des mesures de pluviographes ou de radar, est entachée de nombreuses incertitudes.Les services français de prévision des crues disposent maintenant d'une version du modèle conceptuel pluie-débit GR3H, adaptée à la prévision opérationnelle. Il utilise une procédure d'optimisation d'un seul paramètre, le niveau initial du réservoir-sol.On a voulu tester le comportement de ce modèle, face à différentes perturbations du signal pluie de base. L'hydrogramme de notre crue de référence a été préalablement simulé avec GR3H.On a montré que le modèle est capable d'absorber d'importantes variations du signal pluie, mais seulement si l'origine et la fin de l'épisode pluvieux sont respectés. Sinon, pour compenser un décalage temporel entre pluie et débit, on a combiné plusieurs modèles GR3H à temps de réaction différents, avec une procédure multimodèles simplifiée. Enfin, pour éviter quelques instabilités, on a testé une variante baptisée "multidélais" qui a permis d'apporter un gain supplémentaire sur la qualité de la prévision.Flood forecasting in small watersheds (some hundreds of km2) has to take into account rainfall. This is why the lumped conceptual rainfall-runoff GR3H model (Cemagref) has been adapted for the French flood forecasting services for operational use. However, the relevance of forecasting is strongly conditioned by the knowledge of real rainfall on the drainage basin. This information, estimated by rain gauge measurements or meteorological radar, contains numerous quantitative and sometimes temporal uncertainties. In this study, we tested the influence of these uncertainties on the behaviour of the GR3H forecasting model.In the GR3H model, the input is the hourly rainfall on the watershed and the output is the hourly flow at the outlet. The production function uses one parameter (A), which represents the higher soil reservoir level. The transfer function uses two parameters: B (the maximal capacity of transfer reservoir) and C (the base time of unit hydrographs HU1 and HU2). In a discontinuous event mode, we have to add an additional parameter S0/A, the initial level of soil reservoir A. For each event, it represents the initial hydrological state of the basin. When used as a forecasting model, A, B and C values are fixed. Thus, to adapt the GR3H model for operational forecasting, we used an optimization process to select the S0/A value. At every moment, this process looks for the S0/A value that makes the calculated discharge equal to the known discharge.To test the impact of rainfall signal perturbations on our forecasting process, we worked on a theoretical flood. Its hydrograph was simulated using the GR3H model from a basic rainfall signal with a constant intensity of 10 mm/h over 12 h. The parameters (A = 400 mm, B = 80 mm, C = 6 h) came from a study of 16 flood events, in a basin of 215 km2, located in the French Pyrenees. To initialize the reservoir levels, base runoff was 1 m3 /s (for reservoir B) and S0/A was fixed at 0.65 (for reservoir A). As an operational scenario, we worked without a precipitation forecast (null future rainfall hypothesis); thus, the forecast time was limited to half the C value, i.e. 3 h, due to the parabolic pattern of the unit hydrograph HU1. To quantify forecast performances, we used the persistence index, which compares the studied model with an inert model (i.e., future is equal to present). We tested successively three kinds of perturbations on rainfall signal:1. the variability (max 50%) of the hourly rainfall intensity, over 50 simulations, preserving the total sum of rainfall;2. the variability (max 50%) of the total sum of rainfall, over 11 cases, preserving a constant intensity (from 5 to 15 mm/h) and3. shifting the beginning time of rainfall, over 7 cases from –3h to +3h.For each kind of perturbation, we considered two forecasting protocols: first a non-operational protocol in which the initial state is known a priori (fixing S0/A); and second as in operational situations, in which the initial state is unknown (optimizing S0/A). We demonstrated that our optimization updating process was rather well adapted to balance the quantitative variability of rainfall. On the other hand, it was not effective to balance an important temporal shift in rainfall. Indeed, in the GR3H model, the temporal parameter (C) is independent from production parameters (A, B and S0/A). To solve this problem we used a multi-model procedure (PMM), i.e., a linear weighting method of results from different forecasting models. The weight of each variable depends on the relevance of the past forecast. We combined three different GR3H models with the same A and B values and different C values (4 h, 6 h and 8 h). This method gave better results but we observed some forecasting instabilities. To solve this problem, we used a multi-time PMM. To improve the 3 h time forecast, we also considered the performances of short-term forecasts (1 h and 2 h). We tested GR3H forecasting over ten French watersheds, using from 12 to 25 events. Results were rather interesting, except when the rainfall signal was not representative of the real spatio-temporal variability (e.g., thunderstorms or basins that were too large). In these cases, semi-distributed models should be useful.A priori, our conclusions were focused on the GR3H model and our updating procedure. However, we propose that they could be similar for other hydrological global models, which use reservoirs and few parameters, offering some inertia and stability to the system. To conclude, when the GR3H was able to model the hydrological behaviour of a small watershed, forecasts were not strongly influenced by quantitative imprecision in the rainfall signal, as long as this imprecision did not greatly affect the beginning and, mainly, the end of the rainy episode

Amélioration des performances d'un modèle stochastique de génération de hyétogrammes horaires: application au pourtour méditerranéen français

Depuis quelques années, un modèle stochastique de génération de hyétogrammes horaires est développé au groupement d'Aix-en-Provence du Cemagref, pour être couplé à une modélisation de la pluie en débit, fournissant ainsi une multitude de scénarios de crues analysés statistiquement et utilisés en prédétermination des débits de crues. L'extension de la zone d'application du modèle de pluies horaires au-delà de sa zone de conception, a fait apparaître une hétérogénéité dans les résultats. Ce constat a entraîné certaines modifications du modèle comme : la recherche d'une loi de probabilité théorique peu sensible aux problèmes d'échantillonnage pour une variable du modèle (intensité d'une averse), la prise en compte originale de la dépendance observée entre deux variables du modèle (durée et intensité d'une averse), et la modélisation de la persistance des averses au sein d'une même période pluvieuse. Ces différentes modifications apportées au modèle initial ont entraîné une très nette amélioration de ses performances sur la cinquantaine de postes pluviographiques du pourtour méditerranéen français. On obtient ainsi un outil beaucoup plus robuste et validé sur une zone étendue, capable de fournir de multiples formes de hyétogrammes, couvrant toute la gamme des fréquences, permettant ainsi de s'affranchir des pluies de projet uniques. On aborde aussi une nouvelle approche du comportement à l'infini des distributions de fréquences des pluies qui semble parfois supérieur à une tendance strictement exponentielle. De plus, l'étude de plusieurs événements par an dont chacun présente plusieurs réalisations des différentes variables du modèle augmente la taille des échantillons analysés, semblant rendre la méthode plus rapidement fiable qu'une approche statistique classique basée par exemple sur l'ajustement de valeurs maximales annuelles.A stochastic model for generating hourly hyetographs has been recently developed, in the Cemagref of Aix-en-Provence, to be coupled with a rainfall runoff conversion modelling. Thus, by simulation of very long periods (1000 years for example), we obtain a large number of hourly hyetographs and flood scenarios that are statistically studied and used in flood predetermination problems. The rainfall model studied is based on the theory that rainfall can be linked to a random and intermittent process whose evolution is described by stochastic laws. It is also based on the hypothesis of independence between variables describing hyetographs and on the hypothesis of the stationary nature of the phenomenon studied. Generating a rainfall time series involves two steps : descriptive study of the phenomenon (nine independent variables are chosen to describe the phenomenon and these variables are defined by a theoretical law of probability fitted to the observations) and creation of a rainfall time series using descriptive variables generated randomly from their law of probability. Initially developed on the Réal Collobrier watershed data, the model has been applied to fifty raingauges located on the Mediterranean French seaboard. The extension of the model applying area has shown heterogeneousness in the results. Therefore, modifications have been made to the model to improve its performances. Among these modifications, three of them have presented notable improvements. A study of the sensitivity of the parameters has been made. Parameters of shape variables and of some other variables had only a slight influence on depth of generated rainfalls. But, the law of mean rainfall intensities clearly differentiates the stations. Then, a theoretical probability distribution for the storm intensity variable, less sensitive to the sampling problems, has been searched. An exponential distribution is fitted to the value smaller than four times the mean of the variable. A slope breakage was then introduced to generate all the values beyond this limit. The breakage at the value four times the mean of the variable and modelling this breakage were based on a study of so-called "regional" distributions of the storm intensity variable. These distributions were designed by clustering the variable's homogenized values for all 50 studied stations. A second modification has been made to develop new model for the observed dependence between two variables (duration and intensity of the storm). The study of this dependence has been considered directly based on the cumulative frequency of the two variables. Then, an additional parameter was defined to model the dependence between the probabilities of the two variables. This parameter characterises the cumulative frequency curve of the sum of the probabilities of the two variables. This point, neglected during a long time, has been very important in the improvement of the model. Finally, the modelling of storm persistence in a same rainfall episode has been studied to generate some high 24 hours maximum rainfalls. Persistence modelling is entirely justified by the fact that "ordinary storms" cluster together around the "main storm" (the "main storm" is the greatest storm of an episode and the "ordinary storms" are the other storms of the episode). When the study of this phenomenon is extended, it can be observed that there is a certain positive dependency between occurrence probability of the "main storm" and occurrence probability of storms which come before or after it. Two combined effects occur : within one rainy episode, the strongest "ordinary storms" are preferentially clustered together around the "main storm", and considering the number of "ordinary storms" throughout all the episodes, the strongest storms close to the "main storm" are preferentially associated with the strongest "main storms" and vice versa. This modification improves the performances of the altitude raingauges, which are characterised by high daily rainfall accumulations. The different modifications added to the initial model, give very important improvements on the calibration of the fifty raingauges studied on the French Mediterranean seaboard. Its aptitude to generate rains observed in Mediterranean climate, strongly variables, consolidates us in the idea of its application on a zone much larger. The generation of hyetographs makes it possible to use the maximum the temporal information of the rain. Thus, we obtain a reliable tool, validated on a large area, for simulating hyetographs and hourly flood scenarios at all frequencies, and used instead of a unique design storm and design flood. The approach allows a new cumulative probability curve extrapolation, which seems sometimes greater than an exponential behaviour. Moreover, the study of many events per year, with many occurrences of the different variables of the model, increase the analysed sample size and seems to make the method more reliable than a statistical approach simply based, for example, on the fitting of annual maximum values

Avant-propos

La chute des régimes communistes et l'instauration de démocraties pluralistes en Europe centrale et orientale, accompagnées de proclamations de rupture radicale avec le passé, ont engendré un bouleversement général des repères qui jusque-là permettaient les identifications individuelles et l'élaboration d'identités collectives dans toutes les sphères sociales. Le rejet obligé du passé a été décliné de différentes manières selon les pays, en fonction des diverses expériences du communisme (et de sa chute) dans chacune des sociétés concernées. Toutefois, si les modalités sont variables et les calendriers spécifiques, ces recompositions sociales et politiques se sont toutes inscrites dans un même cadre mental. La condamnation globale du communisme a favorisé des visions polarisées et simplifiées du passé, fondées sur des catégories binaires et des figures stéréotypées, plus ou moins marquées, de bourreaux et de victimes. Au-delà du consensus affiché dans le rejet et la condamnation du communisme, un examen plus fin du rapport au passé dans ces sociétés dites post-communistes souligne la difficulté d'élaborer un discours commun sur le passé (...)

Reconstruction of the cosmic microwave background lensing for Planck

Aims. We prepare real-life cosmic microwave background (CMB) lensing extraction with the forthcoming Planck satellite data by studying two systematic effects related to the foreground contamination: the impact of foreground residuals after a component separation on the lensed CMB map, and the impact of removing a large contaminated region of the sky. Methods. We first use the generalized morphological component analysis (GMCA) method to perform a component separation within a simplified framework, which allows a high statistics Monte-Carlo study. For the second systematic, we apply a realistic mask on the temperature maps and then restore them with a recently developed inpainting technique on the sphere. We investigate the reconstruction of the CMB lensing from the resultant maps using a quadratic estimator in the flat sky limit and on the full sphere. Results. We find that the foreground residuals from the GMCA method does not significantly alter the lensed signal, which is also true for the mask corrected with the inpainting method, even in the presence of point source residuals

Conséquences de la forêt méditerranéenne sur les écoulements de crue - Synthèse des recherches menées en France

1 tableau ; 4 figuresTrois ensembles de bassins expérimentaux permettent d'étudier, en France méditerranéenne, les conséquences de la forêt sur les crues. Les résultats diffèrent de façon considérable d'un bassin à l'autre, montrant la complexité des relations pluies-débits. Il est à noter que l'augmentation des crues extrêmes est loin d'être avérée dans tous les cas. Une réflexion sur le fonctionnement hydrologique des bassins permet de lever la contradiction apparente entre les résultats observés