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En Afrique de l'Ouest, la pluie est un élément essentiel de croissance économique des pays et de leurs populations. Pilotées par un régime de mousson, les précipitations se concentrent de mai à octobre. Suivant leur intensité et leur répartition spatiale et temporelle, elles peuvent engendrer l'essor d'une agriculture pluviale, ou conduire à des pertes alimentaires, économiques et humaines dès lors qu'elles sont à l'origine d'inondations sévères. Dans le contexte du changement climatique actuel et à venir, la région devrait être plus fréquemment touché par des événements extrêmes. Cette thèse contribue à fournir des éléments pour permettre d'accroître la qualité des estimations de précipitation dans une région du monde faiblement instrumentée. Les mesures du radar météorologique du MIT, déployé durant la campagne AMMA 2006-2007 à Niamey, sont traitées suivant deux approches méthodologiques afin d'étendre les estimations quantitatives des précipitations (QPE) au-delà du réseau de pluviographes AMMA-CATCH. La mesure de la pluie est également abordée à l'aide des liens de télécommunication des opérateurs de téléphonie mobile. Pour la première fois, en Afrique de l'Ouest, la méthode est validée sur un lien au nord-est de Ouagadougou par comparaison avec un pluviographe et le radar Xport. Sur l'ensemble des deux mois considérés, 95% du cumul de précipitation ont pu être estimés grâce à cette méthode, avec un nombre faible de fausses alertes, ou de non-détections. A l'échelle de l'événement, les résultats sont sensiblement plus mitigés suivant les événements.Par ailleurs, afin de documenter la microphysique glacée des systèmes convectifs de mésoéchelle (MCS) au Sahel, les mesures polarimétriques du radar Xport ont également servi à la validation de l'algorithme d'identification de particule (HID). Les distributions estimées de particules solides, en termes de graupels et d'agrégats, ont été confrontées aux mesures in situ acquises lors des vols instrumentés réalisés durant la pré-campagne de validation Mégha Tropiques à Niamey en août 2010. Des variables synthétiques obtenues par une modélisation T-matrix à partir des caractéristiques de forme et de densité mesurées par les sondes aéroportées au cours des vols ont conforté ces résultats

International audience; This communication deals with a GIS-based urban flooding model operating at high spatial resolution (~10m) over a large urban conglomerate, for real-time forecasting purpose. Although floods involve multi-directional flows, 2D-models cannot be applied over a whole urban area, because these models require long computation times and detailed topographic information which may not be available. That is the reason why we put forward an alternative, simplified and easy-to–use model offering reasonable performance, and fast computation times in agreement with real-time forecasting requirements. The model operates on the basis of a 10m spatial resolution DEM, which is first modified to account for artificial drainage directions induced by the built-up areas and the channel network. Runoff conditions (e.g. land use) and routing conditions (e.g. friction, slopes and cross-sections) can be distributed in space. The flows are first computed at the outlet of elementary urban catchments of 1km2 area by the SCS-LR hydrological model, then the output of the catchments are injected as inputs into the drainage network and routed using the kinematic wave model. The outputs of the model are the flood hydrographs at the outlet of each urban elementary catchment, and the discharges at any time and any location of the drainage network, which allow estimating the overloading of the network and its impact in terms of flooded areas. The model was tested in African cities like Ouagadougou (Burkina-Faso) and Bamako (Mali). In addition to real-time forecasting, it allows impact assessments for future urban development or climate change scenarios, and also supplies the boundary conditions for 2D models to be used in restricted urban areas. The model is available within the open source ATHYS platform.; Cette communication présente les principales caractéristiques d’un modèle d’inondations urbaines opérant à l’échelle de l’agglomération complète à une très fine résolution spatiale (~10m), dans une optique de prévision en temps réel. Alors que les inondations sont caractérisées par des écoulements multi-directionnels, il n’est pas possible d’utiliser des modèles d’écoulement 2D à l’échelle de l’agglomération entière, en raison de temps de calcul très longs et de difficultés d’accès à une information topographique détaillée. Nous proposons donc une alternative de modélisation simplifiée, offrant des performances raisonnables, une mise en place rapide et des temps de calcul de quelques minutes, compatibles avec la prévision en temps réel. Le modèle opère sur la base d’un Modèle Numérique de Terrain au pas de 10m, modifié pour prendre en compte les conditions urbaines : drainage artificiel, obstacles liés au bâti. Les conditions de production (ex : occupation des sols) ou de transfert (ex : rugosités, sections des ouvrages) peuvent être spatialisées. Les écoulements sont d’abord calculés à l’exutoire de petits bassins urbains de surface approximativement égale à 1 km2 (modèle SCS-LR), puis sont injectés comme entrée dans le réseau de drainage (modèle de l’onde cinématique). Les sorties du modèle sont les hydrogrammes à la sortie de chaque bassin élémentaire, et les débits en tout point du réseau de drainage, permettant de déterminer les points de saturation des ouvrages et l’extension spatiale des débordements. Ce modèle a été testé dans plusieurs villes africaines, telles que Ouagadougou (Burkina Faso) et Bamako (Mali). Outre la prévision en temps réel, il permet de tester l’impact de différents scénarios d’aménagement urbain ou de variabilité du climat sur les inondations, et fournit également les conditions aux limites pour des modélisations 2D localisées sur des secteurs urbains restreints. Le modèle est disponible dans la plate-forme de modélisation ATHYS.

International audience; This communication deals with a GIS-based urban flooding model operating at high spatial resolution (~10m) over a large urban conglomerate, for real-time forecasting purpose. Although floods involve multi-directional flows, 2D-models cannot be applied over a whole urban area, because these models require long computation times and detailed topographic information which may not be available. That is the reason why we put forward an alternative, simplified and easy-to–use model offering reasonable performance, and fast computation times in agreement with real-time forecasting requirements. The model operates on the basis of a 10m spatial resolution DEM, which is first modified to account for artificial drainage directions induced by the built-up areas and the channel network. Runoff conditions (e.g. land use) and routing conditions (e.g. friction, slopes and cross-sections) can be distributed in space. The flows are first computed at the outlet of elementary urban catchments of 1km2 area by the SCS-LR hydrological model, then the output of the catchments are injected as inputs into the drainage network and routed using the kinematic wave model. The outputs of the model are the flood hydrographs at the outlet of each urban elementary catchment, and the discharges at any time and any location of the drainage network, which allow estimating the overloading of the network and its impact in terms of flooded areas. The model was tested in African cities like Ouagadougou (Burkina-Faso) and Bamako (Mali). In addition to real-time forecasting, it allows impact assessments for future urban development or climate change scenarios, and also supplies the boundary conditions for 2D models to be used in restricted urban areas. The model is available within the open source ATHYS platform.; Cette communication présente les principales caractéristiques d’un modèle d’inondations urbaines opérant à l’échelle de l’agglomération complète à une très fine résolution spatiale (~10m), dans une optique de prévision en temps réel. Alors que les inondations sont caractérisées par des écoulements multi-directionnels, il n’est pas possible d’utiliser des modèles d’écoulement 2D à l’échelle de l’agglomération entière, en raison de temps de calcul très longs et de difficultés d’accès à une information topographique détaillée. Nous proposons donc une alternative de modélisation simplifiée, offrant des performances raisonnables, une mise en place rapide et des temps de calcul de quelques minutes, compatibles avec la prévision en temps réel. Le modèle opère sur la base d’un Modèle Numérique de Terrain au pas de 10m, modifié pour prendre en compte les conditions urbaines : drainage artificiel, obstacles liés au bâti. Les conditions de production (ex : occupation des sols) ou de transfert (ex : rugosités, sections des ouvrages) peuvent être spatialisées. Les écoulements sont d’abord calculés à l’exutoire de petits bassins urbains de surface approximativement égale à 1 km2 (modèle SCS-LR), puis sont injectés comme entrée dans le réseau de drainage (modèle de l’onde cinématique). Les sorties du modèle sont les hydrogrammes à la sortie de chaque bassin élémentaire, et les débits en tout point du réseau de drainage, permettant de déterminer les points de saturation des ouvrages et l’extension spatiale des débordements. Ce modèle a été testé dans plusieurs villes africaines, telles que Ouagadougou (Burkina Faso) et Bamako (Mali). Outre la prévision en temps réel, il permet de tester l’impact de différents scénarios d’aménagement urbain ou de variabilité du climat sur les inondations, et fournit également les conditions aux limites pour des modélisations 2D localisées sur des secteurs urbains restreints. Le modèle est disponible dans la plate-forme de modélisation ATHYS.

L'expérience EPSAT-Niger est la première de ce type menée en Afrique. Elle a été conçue pour étudier la structure des champs de pluie sahéliens depuis la méso-échelle, telle que définie par les atmosphériciens, jusqu'aux échelles fines adaptées aux études hydrologiques de petits bassins versants, grâce à l'association d'un radar météorologique numérisé et d'un réseau dense de pluviographes à mémoire statique. L'expérience a duré 4 ans dans sa période intensive (1990-1993) et elle se poursuit actuellement en mode d'observatoire : le nombre de postes a été réduit à une trentaine et les acquisitions radar ont cessé. On dresse ici un bilan des avancées produites par une première série de travaux menés sur les données de la période intensive. L'intérêt et les limites de l'information radar sont discutés. On montre ensuite que l'événement pluvieux possède des caractéristiques stables d'une année sur l'autre. Ces caractéristiques devraient pouvoir être utilisées comme outils de diagnostic climatique destinés à remplacer les indicateurs liés à l'analyse des seules moyennes annuelles. En se basant sur une approche géostatistique, des abaques d'erreurs d'estimation ont été calculées pour des surfaces de référence en faisant varier la densité du réseau de mesure. Ces abaques font apparaître des seuils critiques de densité en dessous desquels les erreurs d'estimation augmentent très rapidement lorsque la densité décroît. Ces seuils critiques peuvent être utilisés à des fins de dimensionnement de réseau. (Résumé d'auteur)

ATHYS est un logiciel à vocation hydrologique, regroupant dans un environnement homogène les diverses opérations nécessaires à la mise en oeuvre des modèles hydrologiques spatialisés : traitement et visualisation des données hydro-pluviométriques et des données géographiques, catalogue de modèles spatialisés. (Résumé d'auteur)

Au cours de la campagne Epsat-Niger, un radar bande C installé à Niamey a été utilisé pour l'étude des systèmes précipitants. Les données collectées de 1991 à 1993 nécessitent d'être calibrées à l'aide d'une vérité terrain. Celle-ci est apportée par un réseau dense de pluviographes installé sur le degré carré de Niamey. Au préalable, il faut résoudre les problèmes de stabilité et de sensibilité de la chaîne de réception du radar. Une première étude à l'aide des échos de sol permet d'estimer le niveau moyen de la chaîne d'acquisition et d'effectuer une remise à niveau. Pour avoir une référence sol, on compare ensuite les lames d'eau mesurées au sol avec les lames d'eau calculées à l'aide des réflectivités radar. Cette comparaison est effectuée pour des évènements pluvieux de grande extension spatiale, sur tout de degré carré et sur des surfaces définies par les zones de forte concentration en pluviographes. Une première analyse est menée en fonction de la relation Z-R choisie, du pas de temps et de la méthode d'interpolation des données sol. Elle met en lumière le problème du choix de la vérité sol. Une seconde analyse s'attache à limiter les perturbations apportées par le phénomène d'atténuation ou à en tenir compte lors de la comparaison des lames d'eau sol et radar. Cette dernière analyse se fait en fonction de la relation Z-R et conduit à calculer un facteur de correction moyen c pour chaque évènement. La comparaison des résultats obtenus avec les différentes relations Z-R fait apparaître une dispersion beaucoup plus grande avec la relation de Marshall-Palmer (-3,25

Au cours de quatre campagnes successives (1990-1993), l'expérience EPSAT-Niger a permis d'acquérir un ensemble de données pluviographiques et radar sans équivalent à ce jour sur l'Afrique de l'Ouest. Un panorama rapide des données acquises et des conditions climatiques qui ont prévalu durant ces 4 années d'expérience est donné ici, permettant de dégager quelques éléments dominants de la climatologie des précipitations au Sahel. Il est suivi d'une description des travaux menés en vue d'obtenir des estimations de lames d'eau au sol plus fiables sur des surfaces dont la taille peut varier selon les besoins des hydrologues et des modélisateurs du climat. Une analyse des champs pluviométriques associés aux systèmes convectifs de méso-échelle est ensuite présentée, montrant qu'ils sont constitués de structures emboîtées dont la trace se retrouve jusque dans les cartes de cumuls saisonniers. Néanmoins la possibilité de calculer des statistiques pertinentes pour ces structures est limitée par la nature intégrée des données fournies aussi bien par le radar que par les pluviographes. Un effort majeur reste donc à accomplir pour prendre en compte la distorsion introduite par ces effets d'intégration et développer des procédures d'estimation des paramètres de modèles de champs pluviométriques sahéliens. (Résumé d'auteur)

Grâce à l'utilisation conjointe d'un réseau dense de pluviographes à mémoire statique et d'un radar météorologique bande C, EPSAT-Niger permet d'étudier les précipitations au Sahel aux petites échelles de temps et d'espace. Les buts d'EPSAT-Niger sont d'améliorer les connaissances sur les systèmes précipitants, de mettre au point des algorythmes d'estimation optimale des pluies et de développer des méthodes d'extension spatiale utilisant les données de télédétection. (Résumé d'auteur)

La saison des pluies 1990 a été déficitaire presque partout au Sahel et la zone étudiée (environ 10 000 km2), autour de Niamey, n'est pas une exception. Sur le plan expérimental, le réseau de pluviographes a été fiable, tandis que la chaîne radar a été fragile. A l'aval des acquisitions ont été développées des banques de données sol (BADINAGE) et radar (BADORA). (Résumé d'auteur)

La saison des pluies 1990 a été déficitaire presque partout au Sahel et la zone étudiée (environ 10 000 km2), autour de Niamey, n'est pas une exception. Sur le plan expérimental, le réseau de pluviographes a été fiable, tandis que la chaîne radar a été fragile. A l'aval des acquisitions ont été développées des banques de données sol (BADINAGE) et radar (BADORA). (Résumé d'auteur)