Utilisation des outils Arcview 3D – Tracking Analyst pour l’Etude de l'aléa inondation induit par les crues du Rhône et de la Saône sur le territoire du Grand Lyon

Présentation de la Compagnie Nationale du Rhône

La CNR a reçu une concession de l’Etat en 1933 pour aménager et exploiter le Rhône. C’est un producteur d’électricité indépendant qui commercialise son énergie depuis avril 2001. Sa production d’électricité en 2003 s’élève à 13,2 milliards de kWh (25% de la production hydroélectrique française)

La Compagnie gère ainsi sur le fleuve 19 barrages, 19 centrales hydroélectriques et 14 écluses à grand gabarit.

La Compagnie Nationale du Rhône est une société anonyme d'intérêt général administrée par un Directoire et un Conseil de Surveillance.

Le capital de la Compagnie est composé d'actionnaires publics majoritaires et d'un actionnaire privé Electrabel (groupe Suez) depuis juin 2003

Le domaine de sa concession s'étend de Génissiat près de la Suisse jusqu'à la mer Méditerranée.

Le SIG de la CNR

Le système d’information géographique de la CNR a été développé au siège social de la société à Lyon.

Le siège social de la CNR dispose d'une structure micro-informatique Windows XP de type client serveur. Chaque utilisateur se connecte sur son poste de travail et accède à plusieurs serveurs de données qui contiennent les bases de données et les fichiers utilisateurs.

Après plusieurs tests c'est le logiciel Arcview 3.1 qui a été choisi à la C.N.R. Le passage à la version 8.3 a été effectué en 2004. La CNR dispose aujourd'hui de 4 licences flottantes Arceditor 8.3 + les extentions 3D Analyst, Spatial Analyst et Tracking Analyst.

Le domaine de la CNR est situé sur 2 zones de projection Lambert différentes :

Lambert2 au nord de Vienne et Lambert3 au sud de Vienne. Les données informatiques sources issues de logiciels de dessin ou de bases de données Excel, Access ont été fournies dans le système de projection local qui ne permettait pas d'avoir une homogénéité dans les bases de données.
Le logiciel Arcview a permis facilement de transformer ces données dans le système de projection Lambert2 étendu qui permet d'avoir une cartographie linéaire de Génissiat jusqu’à la mer.

Le SIG à la CNR est constitué de plusieurs types de données

Les données de l'IGN

Ce sont des données qui ont été achetées.
Elles sont de 2 types :

· Les données rasters : 2 bases sont actuellement disponibles SCAN 25 (échelle 1/25 000) et SCAN 100 (échelle 1/100 000)

· Les données vecteurs: la BD carto de l'IGN

Les données générales de la CNR

Elles ont été soit achetées soit saisies.

Les principaux types de données disponibles sont :

· Les orthophotoplans (en partie)
· Les modèles numériques de terrain (en partie)
· Les ouvrages principaux
· Les bassins versants (issus de la BD carthage)
· Les points kilométriques
· La localisation des biefs et des chutes
· La localisation des stations de mesure hydrologiques
· L'emplacement des lônes, des digues

Les données spécifiques provenant des études hydrauliques

Ce sont des données crées ou extraites ponctuellement de la base de donnée CNR/ DAO dans le cadre d’affaires d’ingénieries :

· Des informations sur les crues observées par les directions régionales (délimitation, relevé de niveaux, de débits).
· Des informations sur les ouvrages (hyperliens avec des photographies, informations diverses renseignés sur les tables attributaires des couches)
· Des MNT extraits de la base de donnée DAO au 1/2000è.
· L’architecture des modèles hydrauliques (délimitation des casiers , des profils en travers, l’emplacement des ouvrages hydrauliques).

L’Etude Globale du Rhône

L'étude globale pour une stratégie de réduction des risques dus aux crues du Rhône a été à l'origine du développement du S.I.G. à la CNR.

A la suite des fortes crues de 1993 et 1994 ayant provoqué des dégâts importants dans le sud de la vallée du Rhône, le Ministère de l'Environnement a décidé d'engager une réflexion globale sur le fonctionnement du fleuve en crue. La maîtrise d'ouvrage d'ensemble de l'étude a été confiée à l'Institution Interdépartementale des bassins Rhône Saône (I.R.S.) conjointement avec la Direction de l'Exploitation de la C.N.R. pour le volet hydraulique.

Elle a permis de réaliser une étude globale du Rhône entre le Léman et la Méditerranée en modélisant les crues sur l’ensemble de son bassin.

Dans ce contexte, le Préfet du Rhône et les services de l’état concernés ont confié à la CNR une étude complémentaire destinées à affiner les résultats de cette étude sur le territoire de la Communauté Urbaine de Lyon.

Etude de l’aléa inondation Rhône – Saône sur le territoire de la Communauté Urbaine de Lyon

Objet :
L’étude confiée par le Service de la Navigation Rhône Saône à la CNR avait pour objectifs de réaliser les cartographies de l’aléa inondation pour le Rhône et la Saône dans le périmètre de Communauté Urbaine de LYON, en envisageant différents scénarios de crue, et d’identifier sommairement les phénomènes de remontées de nappes induits par ces crues.

Méthode :

Données

Dans la modélisation hydraulique, les lits mineurs et majeurs de la Saône et du Rhône sont représentés par une série de profils en travers tandis que les zones de stockage sont représentées par des casiers. Ces casiers représentent les zones d’expansion des crues.

Les données topographiques utilisées proviennent en grande partie de la base de données SIG de la Communauté Urbaine de Lyon, mais aussi d’informations supplémentaires ponctuelles fournies par le Service Navigation Rhône Saône.

Vue de l’ensemble des points constituant le MNT sur un secteur d’étude

Ces données ont permis de créer un MNT très dense assurant une bonne représentation de l’ensemble du secteur d’étude.

Vue 3D d’une partie du secteur d’étude

Modélisation

Partant du modèle construit pour l’étude globale sur le Rhône, un redécoupage plus fin des casiers a été réalisé, en croisant le modèle numérique de terrain avec des plans d’eau de cote variable.

Casiers introduits dans l’étude globale

Les zones homogènes en terme de cote altimétrique ont formé les nouveaux casiers introduits dans le modèle. Ces casiers sont reliés entre eux et avec le lit mineur à l’aide de liaisons hydrauliques appropriées.

Redécoupage des casiers de l’étude globale

Le modèle ainsi obtenu a permis d’appréhender les phénomènes de stockage dans les zones urbaines, ainsi que les possibilités d’écoulement en crue dans les principales artères de l’agglomération.

L’architecture du modèle hydraulique a été réalisée sous Arcview afin de répertorier tous les éléments introduits dans le modèle (profils en travers, casiers, liaisons…)

Architecture du modèle hydraulique

Résultats : Cartographies

Dans un premier temps, les seuils de débordement et déversement ont été identifiés sur l’ensemble du linéaire du Rhône et de la Saône : ils représentent respectivement la période de retour à partir de laquelle les fleuves commencent à déborder dans le lit majeur et à alimenter les différents casiers placés en bordure du lit mineur.

Définition des seuils de débordement et déversement

Le modèle hydraulique fournit des résultats en terme de cote dans le lit mineur (profils en travers) et dans les casiers. Ces cotes sont affectées à chacune de ces entités représentées sous le SIG et forment la grille d’eau de résultats.

Les zones inondées sont alors directement identifiées en croisant cette grille d’eau avec le modèle numérique de terrain (MNT).

La modélisation de 12 scénarios gradués a permis de produire des cartes comportant les informations suivantes, pour chacun des scénarios :

· Iso-hauteur de submersion (par tranche de 0,5 m),
· Iso-vitesse d’écoulement (symbolisées par des flèches),

· Iso-durée de submersion.

Ces informations sont croisées pour établir des cartes de l’aléa inondation (aléa fort, moyen ou faible) pour les 12 scénarios qui ont été étudiés en vue des phases suivantes : l'étude des enjeux et des risques, la gestion de crise et les aspects réglementaires (PPR).

La modélisation a également permis de cartographier les secteurs sensibles aux inondations indirectes (remontées de nappes ou de réseaux).
Dans le cadre de la détermination de zones inondées, un outil spécialement conçu par ESRI à la demande de la CNR a été développé afin d’automatiser le calcul de la limite d’inondation: il permet de croiser directement les résultats du modèle hydraulique (grille d’eau) avec le modèle numérique de terrain, et par différence déterminer les zones inondées.

Résultats : animations vidéo

La fonctionnalité évoquée ci-dessus a également été développée dans l’optique de réaliser des vidéos représentant la dynamique d’une crue.

Les scénarios hydrauliques modélisés sont des phénomènes transitoires (montée de crue, pic de crue, décrue) et cette dynamique a pu être visualisée en assemblant, grâce à l’extension Tracking Analyst, les cartographies réalisées à différents moments du scénario de crue modélisé. Sur ces vidéos figurent également un certain nombre d’informations nécessaires à leur bonne compréhension et utilisation (compteur de temps, hydrogrammes, débits, cotes aux échelles d’annonces de crue…)

La fluidité de la vidéo réalisée dépend directement du nombre de cartographies à différents instants utilisées pour sa réalisation et de la rapidité de la crue modélisée ; dans le cadre de l’étude de l’aléa inondation Rhône – Saône sur le territoire de la Communauté Urbaine de Lyon, les vidéos réalisées ont nécessité environ 150 cartographies à différents moments de la crue, espacées au minimum d’une heure aux alentours du pics de crue.

Vidéo Miribel

 
Pour visualiser en plein écran, lancez la vidéo et double-cliquez sur la séquence vidéo.

Vidéo Vaise

 
Pour visualiser en plein écran, lancez la vidéo et double-cliquez sur la séquence vidéo.

Conclusion :

La CNR a mis au point un SIG sur l’ensemble de la vallée du Rhône depuis 1998 dans le cadre de différentes études hydrauliques. Cette base SIG a été complétée et affinée à l’occasion de l’étude d’inondabilité de l’agglomération lyonnaise.

Le croisement des résultats des modèles hydrauliques avec le MNT de la communauté urbaine de Lyon a permis de produire les résultats suivants, pour chaque scénario hydraulique simulé :
- limite d’inondation
- hauteur de submersion
- durée de submersion
- vitesse d’écoulement
- aléa (résultat du croisement de la hauteur de submersion, vitesse d’écoulement et durée de submersion).

L'exploitation de ces résultats est passée, dans un premier temps, par la mise à disposition de ces données auprès des collectivités (portées à connaissance), puis par :

· La poursuite des études pour analyser les enjeux et les risques,
· L'étude des risques spécifiques liés aux digues du Rhône et de la Saône.
L'ensemble de ces données représente la phase préliminaire de mise à jour des connaissances pour l'élaboration des Plans de prévention des risques (P.P.R.) proprement dits et des plans de gestion de crise qui constituent l'objectif final.

La diffusion de l’information auprès de l’ensemble des élus du territoire du Grand Lyon a été grandement facilitée par l’utilisation du SIG. Les cartes réalisées, reportant les résultats sur des fonds de plan (cadastre ou IGN) ainsi que les animations vidéo détaillant les modes de submersion dus aux inondations ont suscité un vif intérêt et ont permis au Service Navigation Rhône – Saône, détenteur de la Police de l’Eau sur le territoire concerné, de communiquer avec une grande facilité.

Perspectives :

Hors contrat, un autre mode de représentation des résultats d’étude a été réalisé en 3D à l’aide de l’extension Spatial Analyst , notamment des vidéos de survol d’un champ d’inondation suivant une trajectoire prédéfinie, ou encore un essai d’association des résultats Arcview avec des logiciels d’infographie.