Modélisation hydrodynamique haute résolution de la crue de la Vesdre de juillet 2021 : Analyse de sensibilité et potentiel d’intégration opérationnelle du modèle multi-GPU SERGHEI-SWE

Details

Supervisors

Javaux, Mathieu ; Caviedes-Voullième, Daniel

Faculty

Faculté des bioingénieurs

Degree label

Master [120] : bioingénieur en sciences et technologies de l'environnement, à finalité spécialisée

Abstract

Les inondations de juillet 2021 dans le bassin de la Vesdre ont mis en évidence les limites des systèmes d’alerte fondés principalement sur des observations ponctuelles et des modèles hydrologiques agrégés. Dans ce contexte, ce mémoire a pour objectif d’évaluer le potentiel du modèle hydrodynamique bidimensionnel SERGHEI-SWE, exécuté sur une architecture multi-GPU, pour reproduire a posteriori une crue extrême à haute résolution spatiale, tout en conservant des temps d’exécution compatibles avec une perspective d’alerte précoce. Plus spécifiquement, le travail analyse la sensibilité du modèle aux principaux choix de paramétrisation, évalue sa capacité à reproduire les débits, les hauteurs d’eau et l’emprise inondée observés lors de l’événement, puis discute sa faisabilité numérique dans le cadre d’un futur Système d’Alerte Précoce aux Inondations (SAPI). L’étude repose sur la simulation de l’événement de juillet 2021 sur un domaine d’environ 700 km², forcé par des précipitations observées. Plusieurs scénarios ont été testés afin d’évaluer l’effet de la rugosité, de l’infiltration, des conditions initiales, de la résolution spatiale et de la source topographique. Les analyses de sensibilité montrent que la réponse simulée est principalement contrôlée par la topographie, la capacité de stockage de surface et la résolution spatiale. La rugosité et l’infiltration influencent également les hydrogrammes et les bilans volumiques, mais leur effet reste limité pour corriger la dynamique temporelle complète de l’événement. La simulation haute résolution retenue, à 5 m, reproduit correctement l’ordre de grandeur du débit de pointe à Chaudfontaine, avec 689 m³/s simulés contre 676 m³/s pour la référence observée, mais présente une restitution temporelle plus limitée à l’échelle de l’hydrogramme complet (NSE = 0,502). Elle restitue également les principales zones de submersion, avec un indice de succès critique de 69,0 % dans le fond de vallée, un biais moyen d’altitude de surface d’eau (WSE) de -0,24 m et une erreur absolue moyenne de 0,92 m. Toutefois, les débits sont surestimés en début d’événement et la décrue simulée est trop rapide, ce qui souligne les limites liées au stockage temporaire et à la restitution différée, à la représentation des barrages, aux écoulements de subsurface et aux incertitudes des données de validation. Les temps de calcul confirment le potentiel du modèle : environ cinq jours d’événement ont été simulés en moins de cinq heures avec 32 GPU NVIDIA A100, soit un facteur d’accélération supérieur à 24 par rapport à la durée simulée, pour un domaine d’environ 2,8 × 10⁷ mailles. SERGHEI-SWE apparaît ainsi comme un outil prometteur pour la modélisation hydrodynamique distribuée des crues extrêmes. Son utilisation opérationnelle dans un SAPI nécessiterait toutefois une chaîne prévisionnelle automatisée, l’intégration de prévisions météorologiques, une meilleure représentation des ouvrages hydrauliques, ainsi qu’une prise en compte explicite des incertitudes.