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Institut Mines-Télécom

Gardon d’Alès 1907

Institut Mines-Télécom

L’intelligence artificielle

pour la prévision des

crues éclair

Les mondes inconnus

Anne Johannet, École des Mines

d’Alès, 27 septembre 2013

L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 2

Institut Mines-Télécom L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 3

Contexte sociétal

des travaux

Institut Mines-Télécom

Contexte des travaux

La bordure cévenole et plus généralement tous

les massifs montagneux et pourtours de la

Méditerranée sont soumis à des crues très

intenses, localisées et dévastatrices

Demande sociétale et institutionnelle relative à la

prévision des aléas

Projets de recherche

L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 4

Institut Mines-Télécom

Qu’est ce qu’une crue éclair ?

L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 5

Les crues rapides

Montée de quelques dizaines de

m3/s à plus de 2000 m3/s en

quelques heures

Épisode de 2002 dans le Gard (27

victimes, 1,2 milliards d’euros)

Épisode de 2010 dans le Var (25

victimes, 1,5 milliards d’euros)

Pont SNCF de Ners : 1958 (gauche), 2002 (droite)

Institut Mines-Télécom

La réponse institutionnelle

Restructuration en SPC (Services de Prévision

des crues)

Création du SCHAPI

Mise en place du service vigicrues

(http://www.vigicrues.gouv.fr/)

L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 6

Institut Mines-Télécom

Vigilance fiable accessible à la population,

aux services de l’état et aux média

L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 7

Institut Mines-Télécom

Objectifs sociétaux de nos recherches

Prévision de l’aléa

• Définition de modèles de

prévisions, temps réel, à très

courte échéance (5h)

─ Est-ce utile ?

L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 8

• Ces modèles ont pour finalité d’être intégrés à la plate-forme

temps réel du SCHAPI afin de permettre aux prévisionnistes

d’alimenter la carte vigicrues.

Crue du 9 septembre à Anduze

Institut Mines-Télécom L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 9

Contexte

scientifique des

travaux

Institut Mines-Télécom

Contexte scientifique

Hydrologie : crues rapides

• Méconnaissance du processus de génération des

crues rapides

• Couplage hydrométéorologique entrainant une grande

complexité

• Bases de données entachées de bruits de mesure et

d’incertitudes considérables

• Grande incertitude sur la prévision du forçage

atmosphérique

Hydrogéologie : crues karstiques

• Phénomène difficile à observer (souterrain) et

dépendant de la structure géologique des terrains

L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 10

Institut Mines-Télécom L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 11

Thèse de G. Artigue

Institut Mines-Télécom

Contexte scientifique

Hydrologie : crues rapides

• Méconnaissance du processus de génération des

crues rapides

L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 12

Non-linéarité de la relation Pluie-Débit (Gardon de Mialet), thèse G. Artigue

Institut Mines-Télécom

Pourquoi l’Intelligence Artificielle ?

Boîte noire fondée sur l’approche systémique

L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 13

Pluies Débit

Système =

fonction mathématique

Institut Mines-Télécom

Système =

fonction mathématique

Les réseaux de neurones artificiels

L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 14

Pluies Débit

Institut Mines-Télécom

Les réseaux de neurones artificiels :

apprentissage

L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 15

Pluies

Débit

estimé Débit mesuré

Erreur

Institut Mines-Télécom

Modèles statistiques

Le modèle est fondé uniquement sur des bases

de données

Mesures

Le bruit et l’imprécision

Généralisation

L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 16

Institut Mines-Télécom L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 17

Quelques résultats

Institut Mines-Télécom

Conception de modèles de prévision des crues éclair par apprentissage artificiel

Thèse d’Audrey Bornancin-Plantier

L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 18

Crue du 9 septembre 2002 à Anduze (mémoire M2 L. Bianciotto)

« Conception de modèles de

prévision des crues éclair par

apprentissage artificiel »

Fin

an

cem

en

t A

NR

Institut Mines-Télécom

Thèse d’Audrey Bornancin-Plantier

Objectif : définir le prototype destiné à

alimenter, en temps réel, la carte de vigilance

nationale Vigicrues

L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 19

Fin

an

cem

en

t A

NR

Crue du 9 septembre 2002 à Anduze (mémoire M2 L. Bianciotto)

Institut Mines-Télécom

Thèse d’Audrey Bornancin-Plantier

Verrou scientifique : comment palier les bruits

et incertitudes de mesures considérables ?

L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 20

Fin

an

cem

en

t A

NR

Crue du 9 septembre 2002 à Anduze (mémoire M2 L. Bianciotto)

Institut Mines-Télécom

Thèse d’Audrey Bornancin-Plantier

L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 21

Prévision des hauteurs d’eau à Anduze, en l’absence de prévision de pluies, pour 6 horizons de prévision

Évènement de septembre 2002

Fin

an

cem

en

t A

NR

Institut Mines-Télécom

Thèse d’Audrey Bornancin-Plantier :

Fruits de la recherche

L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 22

Démonstrateur logiciel de prévision de crues,

DEMEAU (http://blog.espci.fr/flash/le-demonstrateur/)

Prototype logiciel de prévision, en test au SCHAPI

: EM’EAU

Tous deux développés par une entreprise du

bassin alésien : GEONOSIS (http://www.geonosis.fr)

Fin

an

cem

en

t A

NR

et

SC

HA

PI

Institut Mines-Télécom

L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 23

Institut Mines-Télécom

Thèse d’Audrey Bornancin-Plantier :

fruits de la recherche

L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 24

Démonstrateur logiciel de prévision de crues,

DEMEAU (http://blog.espci.fr/flash/le-demonstrateur/)

Prototype logiciel de prévision, en test au SCHAPI

: EM’EAU

Tous deux développés par une entreprise du

bassin alésien : GEONOSIS (http://www.geonosis.fr)

Fin

an

cem

en

t A

NR

et

SC

HA

PI

Institut Mines-Télécom

Thèse d’Audrey Bornancin-Plantier :

fruits de la recherche

L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 25

Démonstrateur logiciel de prévision de crues,

DEMEAU (http://blog.espci.fr/flash/le-demonstrateur/)

Prototype logiciel de prévision, en test au SCHAPI

: EM’EAU

Tous deux développés par une entreprise du

bassin alésien : GEONOSIS (http://www.geonosis.fr)

Fin

an

cem

en

t A

NR

et

SC

HA

PI

Institut Mines-Télécom

Thèse d’Audrey Bornancin-Plantier :

fruits de la recherche

L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 26

Démonstrateur logiciel de prévision de crues,

DEMEAU (http://blog.espci.fr/flash/le-demonstrateur/)

Prototype logiciel de prévision, en test au SCHAPI

: EM’EAU

Tous deux développés par une entreprise du

bassin alésien : GEONOSIS (http://www.geonosis.fr)

Fin

an

cem

en

t A

NR

et

SC

HA

PI

Institut Mines-Télécom

Thèse de Guillaume Artigue

L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 27

Fin

an

cem

en

t S

CH

AP

I

Franchissement de l’Alzon, le 9 septembre 2002 à St-Jean-du-Pin

« Prévision des Crues Éclair par

Réseaux de Neurones :

Généralisation aux Bassins non

Jaugés. »

Institut Mines-Télécom

Thèse de Guillaume Artigue

L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 28

Fin

an

cem

en

t S

CH

AP

I

Franchissement de l’Alzon, le 9 septembre 2002 à St-Jean-du-Pin

Objectif : réaliser des prévisions sur les petits

bassins non équipés de station de mesures

(les plus nombreux, les plus rapides)

Institut Mines-Télécom

Thèse de Guillaume Artigue

L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 29

Fin

an

cem

en

t S

CH

AP

I

Franchissement de l’Alzon, le 9 septembre 2002 à St-Jean-du-Pin

Verrou scientifique : comment obtenir un

modèle statistique sans base de données ?

Institut Mines-Télécom

B

Thèse de Guillaume Artigue

L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 30

Fin

an

cem

en

t S

CH

AP

I Régionalisation

Bassin versant pilote

Pour lequel on dispose d’une

base de donnée

Institut Mines-Télécom

B

Thèse de Guillaume Artigue

L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 31

Fin

an

cem

en

t S

CH

AP

I Régionalisation

Bassin versant pilote

Pour lequel on dispose d’une

base de donnée

Bassin versant

normalisé

(facteurs géographiques

ou hydrologiques)

Bassin versant

cible

Normalisation Dénormalisation

Institut Mines-Télécom

Thèse de Guillaume Artigue

L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 32

Fin

an

cem

en

t S

CH

AP

I

Prévision des débits de l’Avène, en l’absence de prévision de pluies, 2 h à l’avance (bleu : modèle normalisé ; vert : modèle dénormalisé)

Évènement de septembre 2002

Institut Mines-Télécom L'intelligence artificielle pour la prévision des crues éclair 33

Le pont d’Arc, crue de 1890