Stage métamodélisation de zones urbaines soumises à l’aléa inondation H/F

Stage modélisation hydrodynamique au Cerema

Stage Métamodélisation de zones urbaines soumises à l’aléa inondation – Projet SCO Pleïades4UrbanFloods Application à la modélisation hydrodynamique d’un secteur urbain de la commune de Grabels (Hérault) à l’aide du modèle numérique bidimensionnel Telemac2D
Date limite de candidature : 31/01/2025

Contexte du stage aléa inondation

Le Cerema est l’établissement public de référence en matière d’aménagement, de cohésion territoriale et de transition écologique et énergétique. Centre de ressources et d’expertises scientifiques et techniques pluridisciplinaires, il apporte son concours à l’élaboration, la mise en œuvre et l’évaluation des politiques publiques.
Il intervient auprès des services de l’Etat, collectivités et entreprises pour développer, expérimenter et diffuser des solutions innovantes dans de nombreux domaines (mobilité, infrastructures de transport, urbanisme, construction, préservation des ressources, prévention des risques).

Le stage s’insère dans le cadre du projet SCO Pleïades For Urban Floods (P4UF) coordonné par le Cerema Occitanie [1]. Il sera dirigé par le Cerema/direction technique Risques, Eau et Mer (V. Laborie) en collaboration avec le Cerema Méditerranée (F. Pons) et le Cerema Occitanie (T. Lopez).
L’objectif du projet SCO Pleïades For Urban Floods (P4UF) est de proposer un service d’évaluation a priori de la vulnérabilité d’un environnement urbain à l’aléa inondation en utilisant la base de données d’imagerie Pleïades. Afin de caractériser l’évolution spatio-temporelle de l’aléa (hauteurs d’eau et vitesses en fonction du temps) dans cette zone urbaine, il est proposé de remplacer l’impact sur l’hydrodynamique de l’écoulement de la topographie des objets artificiels et naturels du maillage urbain (bâitments, par exemple) modélisés « en dur » par une paramétrisation/métamodélisation de la typomorphologie urbaine (par exemple, formulation de Lindner), exclusivement à base d’imagerie THRS Pléiades monoscopique.

Ainsi, il s’agit de tester et valider une approche de métamodélisation des zones urbaines afin d’éviter des remaillages très chronophages. Dans ce contexte simplifié, chaque zone urbaine est caractérisée par des paramètres de type espacement entre immeubles et emprise au sol de l’habitat, ce qui permet d’intégrer dans les équations de Saint-Venant des formulations de type Lindner. Le site d’application de la méthode sera ici une zone urbaine située sur la commune de Grabels ([2],[3],[4])

Trois entités du Cerema interviennent dans ce projet de stage :

• Partenaire 1: le Cerema Risques Eau et Mer possède une expertise sur le développement de modèles hydrauliques, en particulier dans les rivières, ainsi que dans le domaine de la quantification d’incertitudes permettant la qualification des variables en jeu pour la métamodélisation et l’assimilation de données appliquée aux modèles bidimensionnels ([8], [5]).
• Partenaire 2 : le Cerema Méditerranée possède une expertise sur le développement de modèles numériques et a développé une plate-forme de modélisation « automatique » de cartographie des inondations (CARTO2D). En particulier, un modèle Telemac2D de simulation des écoulements a été développé sur la commune de Grabels.
• Partenaire 3 : Cerema Occitanie

Objectifs généraux

Le projet d’étude proposé comporte quatre volets :

1. étude préliminaire : état de l’art et synthèse bibliographique sur les différentes méthodes de métamodélisation existantes, de leur pertinence compte-tenu des objectifs de l’étude (paramétrisation urbaine) et de leur utilisation dans le domaine de la modélisation des écoulements en milieu urbain (voir notamment les travaux de Amine BEN DAOUED (post-doc 2021) et de l’AP52 UTC 2022 [5], mais aussi [6] et [7]).
2. prise en main des outils développés par A. Ben Daoued et formation à Telemac2D et à la métamodélisation.
3. analyse des écoulements avec et sans métamodélisation – étude de sensibilité sur les variables influentes.
4. sur la base des étapes précédentes, définition/proposition d’une méthodologie de technique de métamodélisation ; test et développement informatiques pour l’impact de la transposition d’une typologie morpho-urbaine sur les écoulements. L’étudiant s’attachera à comparer les différentes méthodes (maillage / métamodélisation).
5. en fonction de l’avancement du projet, comparaison avec une métamodélisation fondée sur les données Pleïades
6. développement d’un démonstrateur technique.

Travaux prévus

• Prise en main du code Telemac 2D et du modèle dédié à la commune de Grabels
• État de l’art et prise en main des outils de métamodélisation
• analyse des anomalies produites par le modèle selon le choix de la métamodélisation
• Analyse de la sensibilité des différentes grandeurs hydrodynamiques (hauteurs d’eau, vitesses) au paramétrage lié à la méthode.
• Développement d’un démonstrateur pour réaliser la prévision des écoulements en combinant la modélisation déterministe et la métamodélisation sur la commune de Grabels
• Rédaction du rapport de stage
• Présentation des travaux au commanditaire
• Valorisation éventuelle des travaux par une communication, congrès, …

Bibliographie de référence :

[1] www.spaceclimateobservatory.org/pleiades4urbanflood
[2] Rapport d’expertise sur la commune de Grabels Mai 2015
[3] Brunet, P., Bouvier, C., & Neppel, L. (2018). Retour d’expérience sur les crues des 6 et 7 octobre 2014 à Montpellier-Grabels (Hérault, France): caractéristiques hydro-météorologiques et contexte historique de l’épisode. Physio-Géo. Géographie physique et environnement, (Volume 12), 43-59.- journals.openedition.org/physio-geo/5710
[4] Delgado J-L, Pons F (2015). Retours d’expérience sur les inondations de l’automne 2014,
[5] rapport d’étude sur l’application de la méthode à Grenoble Agglomération Métropole, référence à venir (en cours de validation).
[6] Cea, L., & Costabile, P. (2022). Flood Risk in Urban Areas: Modelling, Management and Adaptation to Climate Change. A Review. Hydrology, 9(3), 50.
[7] Dewals, B., Bruwier, M., Pirotton, M., Erpicum, S., & Archambeau, P. (2021). Porosity Models for Large-Scale Urban Flood Modelling: A Review. Water, 13(7), 960.
[8] Laborie, V., Ricci, S., De Lozzo, M., Goutal, N., Audouin, Y., & Sergent, P. (2020). Quantifying forcing uncertainties in the hydrodynamics of the Gironde estuary. Computational Geosciences, 24(1), 181-202.

Profil recherché

Formation ingénieur(e) ou/et master 2.
Connaissances souhaitées :
• Hydraulique à surface libre / hydrologie
• Python 3
• Statistiques

Conditions du stage

Lieu du stage : Margny-Lès-Compiègne dans l’Oise
Cerema Risques, Eaux et Mer, 134 rue de Beauvais, CS 60039, 60280 Margny Lès Compiègne
Indemnité de stage : gratification sur la base de 15 % du plafond mensuel de la sécurité sociale indiqué dans l’arrêté du 18 novembre 2009 (environ 515 euros mensuels).
Durée : 6 mois entre février/mars 2025 et fin août/septembre 2025.

Remarque : des réunions d’avancement hebdomadaires (au minimum) sont à prévoir pendant toute la durée du stage, ainsi que des déplacements à Aix en Provence et à Toulouse.

Candidatures

Date limite de candidature : 31/01/2025
Référence de cette offre de stage aléa inondation dans l’Oise : OE-071124-1