Analyse d'images satellitaires d'inondations pour la caractérisation tridimensionnelle de l'aléa et l'aide à la modélisation hydraulique

[Departement_IRSTEA]DS [TR1_IRSTEA]METHODO / SYNERGIE [Encadrant_IRSTEA]Puech, C.The thesis aims at deploying methods of flood satellite image analysis beyond 2D flood area delineation in order to estimate water levels and to help hydraulic modelling. Based on Raclot (2003) works with aerial photographs, which provide 20 cm mean uncertainty, the water level estimation method use satellite RADAR images and fine DEM. The method is composed of two steps : i) flood cartography and analysis of image hydraulic relevance for water level estimation, ii) fusion between relevant information resulting from these images with a fine Digital Elevation Model (DEM) and constraining the water levels extracted from images by concepts of coherence with respect to a hydraulic flow through a plain. It provides water level estimations with 38 cm mean uncertainty.To help hydraulic modelling, the PhD aims at reducing equifinality thanks to satellite images of flood. To meet this aim, a traditional step of calibration thanks to hydrographs is completed by comparison between simulation results and flood extends or water levels extracted from images. To deals with calibration uncertainties, GLUE methodology -Beven (1992)- has been used. In perspective, the results of the PhD imply great benefits for flood evolution forecasting after acquisition of flood satellite images because the use of these images as initial conditions or calibration data provide better-constrained models.The main study area is a 28 km section of the Mosel River upstream boundary between France, Germany and Luxembourg. The flood image used has been acquired by RADARSAT-1 on February 02/28/1997.Ce travail vise à étendre les méthodes d'analyse d'images satellites de crues au-delà de la détection des limites d'inondation afin d'estimer des niveaux d'eau en de nombreux points d'une plaine et d'aider la modélisation hydraulique.Inspirée des travaux de Raclot (2003) sur photographies aériennes qui fournissent des incertitudes moyennes de 20 cm, la méthode d'estimation de niveau d'eau utilise des images satellites RADAR et un MNT fin. Elle repose sur 1) une phase de télédétection pour cartographier l'inondation et analyser la pertinence de ses limites pour l'estimation de niveaux d'eau, 2) une phase d'analyse spatiale dans laquelle les niveaux d'eau sont estimés par croisement entre les limites pertinentes et un MNT fin, puis contraints par le schéma de circulation des eaux. Les estimations de niveaux d'eau obtenues ont une incertitude moyenne de 38 cm.Pour aider la modélisation hydraulique, la démarche proposée vise à réduire le phénomène d'équifinalité grâce aux images satellites. Pour cela, un calage « traditionnel » à partir d'hydrogrammes observés est complété par la comparaison entre résultats du modèle et surfaces inondées ou niveaux d'eau extraits des images. Pour cerner les incertitudes du calage, la méthode GLUE -Beven (1992)- a été utilisée. En perspective, la prévision de l'évolution d'une crue après acquisition d'une image satellite devrait bénéficier de modèles mieux contraints grâce à l'utilisation de l'image comme condition initiale ou donnée de calage.Le site d'étude principal est un tronçon de 28 km de la Moselle en amont de la frontière franco-germano-luxembourgeoise pour lequel une image RADARSAT-1 de crue du 28-02-1997 a été exploitée