GraphFlood: un algorithme efficace pour simuler l'hydrodynamisme dans les modèles d'évolution de paysages et les MNT haute-résolutions - INSU - Institut national des sciences de l'Univers Accéder directement au contenu
Communication Dans Un Congrès Année : 2023

GraphFlood: un algorithme efficace pour simuler l'hydrodynamisme dans les modèles d'évolution de paysages et les MNT haute-résolutions

Boris Gailleton
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1127841
Philippe Steer
Philippe Davy

Résumé

Simuler l'hydrodynamisme fluvial est un ingrédient essentiel des modèles d'évolution de paysages. À grandes échelles spatiales et temporelles, l'aire de drainage est un proxy permettant d'approximer la direction d'écoulement et le débit des rivières à partir d'un modèle numérique de terrain (MNT). Cependant, ce proxy réduit les rivières à des lignes d'écoulement individuelles de largeur constante, et ne permet pas une description physique de la hauteur d'eau, des vitesses d'écoulement ou des contraintes cisaillantes basales. Cela représente un verrou méthodologique pour l'exploitation des MNT à hautes résolutions ou la modélisation de la dynamique fluviale à court-moyen terme (e.g., Bernard et al., 2022). Les modèles hydrodynamiques utilisant les équations de Saint Venant en 2D représentent une vraie opportunité, mais leur coût numérique significativement plus élevé rend leur application dans des modèles de paysages ou l'exploitation de MNT à haute-résolution difficile. Dans cette contribution, nous présentons GraphFlood, un algorithme itératif permettant de résoudre très efficacement les équations de Saint Venant en 2D, sans inertie, sur des MNT à haute-résolution. GraphFlood couple l'équation de Manning à une équation de continuité de l'eau pour résoudre la surface d'eau hydrostationnaire : les débits entrants de chaque cellule sont calculés à partir de l'aire drainée et les débits sortants à partir de l'équation de Manning. Ces calculs sont répétés itérativement jusqu'à la stabilisation des grandeurs hydrauliques. L'aire de drainage peut être calculée très efficacement en utilisant des principes de la théorie des graphes que de nombreux framework numériques proposent (e.g. TopoToolBox, LSDTopoTools). En plus d'être simple à implémenter, Graphflood est très adaptable et peut utiliser plusieurs solutionneurs numériques selon le besoin (e.g. rapidité d'exécution vs précision) et même modifier pour résoudre la propagation d'onde de crue. Nous démontrons que la solution hydrostationnaire de GraphFlood est plus rapide que les méthodes similaires existantes - par un ordre de magnitude - et applicable pour adresser de nombreuses problématiques scientifiques: calculs de vecteurs et vitesses découlement pour différents scénarios de précipitations; estimations de l'étendue des plaines d'inondations; obtention de champs continus de largeurs de rivières; ou encore son utilisation dans des modèles d'évolution de paysage.    
Fichier non déposé

Dates et versions

insu-04438776 , version 1 (05-02-2024)

Identifiants

  • HAL Id : insu-04438776 , version 1

Citer

Boris Gailleton, Philippe Steer, Philippe Davy, Wolfgang Schwanghart, Thomas Bernard. GraphFlood: un algorithme efficace pour simuler l'hydrodynamisme dans les modèles d'évolution de paysages et les MNT haute-résolutions. 28 ème édition de la Réunion des sciences de la Terre (RST 2023), Société Géologique de France (SGF), Oct 2023, Rennes, France. ⟨insu-04438776⟩
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