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Modèle géospatial de prédisposition des rivières aux embâcles.

De Munck, Stéphane (2013). Modèle géospatial de prédisposition des rivières aux embâcles. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 126 p.

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Résumé

Les embâcles sont les événements les plus dramatiques provoqués par le dégel et l'accumulation rapide de glace. Lorsqu'une rupture dynamique du couvert de glace se produit dans une rivière, la glace mise en mouvement risque de se stopper là où les conditions morphologiques du chenal créent un obstacle naturel, c'est-à-dire lorsque le volume de glace se déplaçant excède la capacité de transport de la rivière (USACE, 1994). Les conséquences dévastatrices des inondations dues aux embâcles rendent leur étude primordiale afin de fournir une alerte rapide à ces populations, et permettre la mise en place de mesures de réduction d'embâcles (White, 2002). En cherchant à déterminer la combinaison de variables hydrologiques et morphologiques décrivant le mieux le processus d'embâcle, il est alors possible de caractériser le lieu et la fréquence de celui-ci (White, 2002). De nombreuses études ont été menées dans cette direction, les scientifiques favorisant historiquement des approches empiriques et statistiques. Mais ces modèles restent limités car souvent restreints au site étudié et difficilement exportables ailleurs (White, 2002). Ainsi, cette étude vise à développer un modèle géospatial simplifié estimant la prédisposition d'une rivière aux embâcles, quelle que soit sa position géographique. La question n'est pas ici de déterminer quand le couvert de glace brisera mais bien de savoir où la glace en mouvement est susceptible de s'agglomérer. Dans cette optique, un certain nombre de paramètres physiques ont été identifiés dans la littérature comme ayant un rôle majeur dans le processus de formation et de développement des embâcles : la présence d'îles, les rétrécissements du chenal, les fortes sinuosités, la présence de ponts, les confluences de rivières, et enfin les ruptures de pente. Ces six caractéristiques morphologiques du chenal ont ensuite été représentées spatialement, en deux dimensions, à l'aide des outils de l'interface SIG FRAZIL (Gauthier et al., 2008). A partir de cette géospatialisation nous avons développé les trois indices suivants : l'indice de rétrécissement, l'indice de sinuosité et l'indice de rupture de pente. Nous avons attribué à chacun de ces trois indices des valeurs seuils afin de diviser leurs plages de valeurs en quatre parties: 0 allant à celle ayant le moins d'influence sur la formation d'un embâcle, et 3 allant à la celle en ayant le plus. Ces seuils ont été calculés à partir des données historiques d'embâcles collectées en partenariat avec le Ministère de la Sécurité Publique du Québec. À ce niveau, il nous est apparu impossible de déterminer les seuils de l'indice de rupture de pente, les valeurs trouvées étant souvent trouvées égales à zéro. Cette particularité a découlé de l'utilisation de données altimétriques issues de la BDTQ, qui ne se sont pas avérées pertinentes pour une analyse fine de la pente des cours d'eau. Faute de pouvoir se procurer des données altimétriques plus précises, nous avons décidé de plus tenir compte de l'indice de rupture de pente pour la suite de l'étude. En dernier lieu nous avons établi la pondération des deux indices restant, afin de rendre compte de leurs influences réciproques. Cela a été effectué en regardant, pour chaque embâcle répertorié, les paramètres morphologiques responsables de leur formation. Nous avons ainsi pu mettre en évidence que l'indice de rétrécissement possédait trois fois plus d'importance dans la pondération que l'indice de sinuosité. Afin de normaliser ces poids nous avons utilisé une méthode d'analyse hiérarchique multicritères développée par Saaty (1990). L'indice final de prédisposition des rivières aux embâcles a été obtenu en multipliant pour chaque tronçon de la rivière et pour chaque indice la valeur de la classe par son poids, puis en faisant la somme de ces deux valeurs pondérées (numérateur), divisée par la somme pondérée correspondant aux valeurs maximales possibles (dénominateur). Le résultat a été divisé afin d'obtenir un indice normalisé. Cette méthodologie a été appliquée à trois rivières québécoises (Chaudière, Saint-François, et l'Assomption). Les cartes en résultant ont été validées grâce aux observations historiques d'embâcles déjà utilisées pour la pondération des indices. Au total 22 sites d'embâcles ont été classés comme ayant une prédisposition majeure, 9 comme ayant une prédisposition modérée et 16 comme ayant une prédisposition faible. Le taux d'erreurs positives général des trois rivières a été trouvé égal à 5.1 % (embâcle prédit à tort par le modèle), ce qui correspond à 94 segments sur 1813. Ce taux est légèrement inférieur pour la rivière Chaudière (4.5 %), ce qui est peut être dû à un nombre d'observations historiques d'embâcles plus élevé. À terme, ce modèle conceptuel pourrait devenir un entrant dans des modélisations qui tiendraient aussi en compte des conditions hydrologiques et météorologiques. Cependant un travail supplémentaire pourrait auparavant être accordé à son automatisation, ainsi qu'à une nouvelle calibration des seuils et des pondérations des indices, si possible à partir de données historiques différentes.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Bernier, Monique
Mots-clés libres: modèle géospatial; embâcle; glace; modèle de prédisposition
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 27 sept. 2013 21:00
Dernière modification: 16 nov. 2015 21:31
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1523

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