Eléments d'analyse sur les crues éclair

Flash floods (i.e.floods produced by severe thunderstorms of limited areal extent) are certainly the most destructive natural hazard in France. They also give rise to numerous questions but no systematic studies have been conducted in the past on such events. The relatively poor hydrological knowledge about this type of flood is not in accordance with the risk that they represent or with the ambitious prevention policy objectives of the stake holders in France. In the first part of this document, a post flood investigation methodology is proposed and tested on five case studies. Besides the analysis of the available rainfall data and the estimations of peak discharges on the basis of high water marks, elements concerning the timing of the floods given by eyewitnesses were gathered. The first results obtained are hopeful and reveal some original aspects of the rainfall-runoff relationship during flash floods : 1) the watershed response to the intense storm bursts is late and relatively sudden, 2) a large amount of rainwater (150 to 200 millimetres in the present case studies) is retained on the catchments and does not contribute to the flood flow, 3) no significant effects of the land use type could be identified. The second part of the document, is devoted to the theoretical analysis of the flood peak distributions. The potential of the so called derived distribution methods consisting in coupling a stochastic rainfall simulator and a mathematical rainfall-runoff model is assessed. It appears that, due to the properties of the rainfall-runoff process, flood peak distributions (FPD) belong most probably to none of the three extreme value distribution types. The asymptotic behaviour of the FPD is controlled by the maximum rainfall intensities measured over a duration characteristic of the studied watershed. The shape of the FPD depends on the rainfall-runoff model used for the intermediate range of return periods - typically 10 to 106 years. Some realistic hypothesis, according to the results of the post flood investigations, lead to multi modal distributions, which local gradient on a Gumbel paper can be much larger than the Gradex of the rainfall intensities over a limited range of return periods.Les crues éclair (i.e. crues soudaines provoquées par des événements pluvieux orageux) constituent sans aucun doute le risque naturel le plus destructeur en France. Malgré la menace qu'elles représentent et les nombreuses questions qu'elles suscitent, elles n'ont pas fait l'objet par le passé d'études systématiques. L'état des connaissances est actuellement loin d'être à la hauteur des enjeux exposés à ces crues et des ambitions désormais achées par les pouvoirs publics en matière de prévention. Dans la première partie de ce document, une méthodologie d'analyse hydrologique post-événementielle a été mise au point et testée sur cinq études de cas. Outre l'exploitation classique des données pluviographiques et RADAR et l'estimation des débits de pointes de crues à partir des niveaux d'eau atteints, les informations concernant l'évolution temporelle des hauteurs d'eau et des débits correspondants ont été collectées auprès des témoins oculaires. Les premiers résultats obtenus sont encourageants et relativement inattendus : a) les bassins versants réagissent avec retard aux épisodes de pluies intenses, b) les volumes d'eau de pluie retenus sur les bassins et ne participant pas à la crue sont importants (de 150 à 200 millimètres dans les études de cas traitées), c) le type d'occupation des sols ne semble pas jouer un rôle déterminant sur la réponse hydrologique des bassins versants. La seconde partie de la thèse est consacrée à l'analyse théorique des lois de probabilité des débits de pointes de crues. Les possibilités ouvertes par l'approche qualiée de semi-déterministe, consistant à coupler un modèle mathématique de genèse aléatoire de séries pluviographiques et un modèle pluie-débit sont explorées. Il apparaît que, compte tenu des propriétés de la relation pluie-débit, les distributions des débits pointes de crues (DDPC) n'appartiennent probablement à aucun des trois types de lois des valeurs extrêmes. Elles sont asymptotiquement contrôlées par la distribution des intensités moyennes maximales des événements pluvieux, mesurées sur une durée caractéristique du bassin versant. La forme des DDPC dans la gamme des périodes de retour intermédiaires - typiquement 10 à 100 ans - dépend du modèle pluie-débit utilisé. Certaines hypothèses, réalistes au regard des retours d'expériences, conduisent à des distributions multi-modales, dont le gradient local très élevé sur papier de Gumbel peut largement dépasser le Gradex des pluies sur une plage limitée de périodes de retour