Estimation et prévision immédiate des précipitations sur un bassin urbain

Dans le contexte de changement climatique, les évènements météorologiques extrêmes sont appelés à augmenter en termes de fréquence et d’intensité. Conséquemment, le développement de systèmes d’alerte des crues soudaines est primordial pour les agglomérations urbaines. Cette thèse se penche sur deux volets de tels systèmes, à savoir l’amélioration des estimations quantitatives et la prévision immédiate des précipitations (moins de 6 heures) sur le bassin urbain « Clermont Ferrand-Riom », un bassin classé comme étant un territoire à risque important d’inondation. Deux instruments sont utilisés : le pluviomètre (réseau pluviométrique de la métropole Clermont Auvergne, et réseau pluviométrique de Météo France), et le radar météorologique (« petit » radar en bande X du Laboratoire de Météorologie Physique, et le réseau de radar ARAMIS de Météo-France). Sur le premier volet, on a examiné la performance des méthodes géostatistiques pour l’amélioration des estimations quantitatives des précipitations à haute résolution spatiotemporelle (5 minutes et 100 m), particulièrement deux méthodes multivariables (le krigeage avec dérive externe et la fusion conditionnée) pour la fusion des données radar en bande X avec les données pluviométriques locaux, et ce par type de précipitations (stratiforme, convectif ou mixte). Pour ce faire, une analyse variographique a été réalisée pour la détermination des variogrammes climatologiques caractéristiques de chaque type de précipitations. Il est en est ressorti que les estimations quantitatives des précipitations issues des données pluviométriques peuvent être améliorées de façon significative en utilisant les données radar comme variable secondaire avec les méthodes géostatistiques d’interpolation spatiale, en particulier pour la restitution de la variabilité des champs de précipitations. Deux méthodes de fusion de données radar ont également été examinées pour l’amélioration des estimations quantitatives de précipitations sur le bassin clermontois avec le radar en bande X et le produit PANTHERE (mosaïque de lames d’eau sur tout le territoire français avec une résolution de 5 minutes et 1 km avec le réseau de radars ARAMIS, essentiellement en bande C et S). La première vise à corriger les effets de l’atténuation entachant les champs en bande X en utilisant les mesures de réflectivités en bande C et S du produit PANTHERE, moins affectés par l’atténuation. La deuxième consiste à l’application de la méthode de correction quantile-quantile sur les champs de précipitations du radar en bande X pour tirer profit de la précision des mesures du produit PANTHERE. Notre évaluation de la performance de ces deux méthodes montre leur efficacité en termes de minimisation des biais des mesures du radar en bande X par rapport aux mesures pluviométriques.Dans le second volet, nous nous sommes intéressés à la capacité de notre radar en bande X à fournir des prévisions immédiates des précipitations malgré sa portée de 20 km seulement, nous avons donc appliqué une méthode « orientée objet » sur deux évènements pluvieux à partir d’images de cet instrument. Cette méthode se base sur l’identification des cellules précipitantes, la reconstitution de leurs trajectoires au fil du temps, et enfin l’extrapolation de leurs caractéristiques (comme la surface, la vitesse, la direction, le taux de précipitations moyen…) pour avoir des prévisions. Les vérifications des prévisions immédiates réalisées grâce au deux études de cas considérés montrent que les prévisions sont globalement correctes pour les échéances inférieures à 30 minutes, elles commencent à se détériorer au-delà. Les recherches menées dans le cadre de cette thèse montrent tout le potentiel que possèdent les « petits » radars pour l’estimation et la prévision immédiate des précipitations, en particulier pour les bassins urbains