Simulation numérique d’écoulements côtiers pour la cartographie des risques de submersion : application aux basses côtes de la ville de Québec

  • Maîtrise
  • Doctorat
  • Hiver


Description du projet

Contexte général et objectifs

Le fleuve Saint-Laurent est la principale source d’approvisionnement en eau potable pour près de la moitié de la population et constitue un écosystème de très grande biodiversité. La démarche fédérale (Environnement Canada) de modélisation opérationnelle en temps réel de l’estuaire fluvial, depuis les Grands Lacs jusqu’à Québec, divise la géométrie en trois tronçons : (1) le lac Saint-François et le lac Saint-Louis; (2) l’archipel de Montréal à Trois-Rivières; (3) de Trois-Rivières à l’île aux Coudres et centré sur la ville de Québec. Pour le tronçon (3), seuls les affluents majeurs (Saint-Maurice, Batiscan, Saint-Anne, Jacques-Cartier et Chaudière) sont pris en compte.

Figure 1 : Modèle « local et emboité » sur la zone d’estuaire fluvial pour la cartographie des risques de submersion.

À des fins opérationnelles, le modèle H2D2 développé à l’INRS par le Prof. Yves Secretan a été retenu. Il résout les équations 2D de Saint-Venant pour le calcul des courants et des ondes (longues) de marées. Il n’inclut pas les coups de mer lors de fortes tempêtes, car les effets météorologiques (vent et pression atmosphérique) ne sont pas considérés.

L’objectif principal du projet de R&D consiste à pallier ce manque en proposant une migration depuis le modèle H2D2 existant vers un nouveau modèle dans l’environnement open source Telemac. L’emprise du nouveau modèle sera réduite sur la ville de Québec et ses basses côtes pour une plus grande résolution spatiale. Le couplage avec le module de vague (Tomawac) permettra de calculer les hauteurs significatives (Hs) et les périodes de pics (Tp) sur les zones de basses côtes et selon différents scénarios de tempêtes (force et direction du vent, dépression atmosphérique) en tenant compte des effets météo-maritimes.


Méthodologie

Cette proposition de recherche est composée de 3 phases : la première correspond à la construction d’un modèle hydraulique dans l’environnement hydro-informatique Telemac, la seconde à son couplage avec son modèle de spectre directionnel pour les actions de vagues, la troisième sur la cartographie de l’aléa côtier. Selon l’avancement du travail, l’automatisation entre le modèle fédéral H2D2 et le modèle local Telemac sera effectuée.

  1. Construction du modèle Telemac pour le courant et la marée sur la zone d’étude. À partir du modèle H2D2, la géométrie (planimétrie et topobathymétrie) sera récupérée ainsi que les conditions aux limites : débit fluvial en amont et niveau d’eau en aval. Le maillage sera raffiné pour un calcul hydrodynamique à plus haute résolution. Les paramètres (frottement et viscosité turbulente) seront calibrés puis validés sur deux jeux de données indépendants. Une analyse de la sensibilité aux paramètres sera effectuée.
  2. Couplage avec le modèle de spectre directionnel de vagues. À partir du nouveau modèle, le module de vague sera couplé pour calculer les (Hs, Tp) sur les zones à fortes vulnérabilités et effectuer (en troisième phase) la cartographie des inondations par la mer. Les données de houles, de vents et de pressions seront issues des bases de données fédérales ou provinciales. Des scénarios de tempêtes seront identifiés puis testés. Une analyse de sensibilité aux paramètres sera proposée pour quantifier les incertitudes du modèle.
  3. Exploitation du modèle pour la cartographie des zones inondables. Les résultats de simulations sur les côtes d’eau et les surcotes seront comparés à la topographie des zones urbaines avoisinant le fleuve. Selon les cas, un franchissement ou un déversement de la mer sur l’hinterland sera considéré pour connaitre les volumes d’eau et calculer les surfaces inondées.

Pour l’ensemble de ces travaux, les calculs seront effectués sur les stations de calcul du Laboratoire hydraulique environnemental de l’INRS. Elles permettent de distribuer les calculs sur 8 à 32 processeurs. En renfort, l’étudiant pourra accéder aux supercalculateurs de ComputeCanada. L’étudiant pourra intervenir dans des missions de terrain visant à caractériser le contexte hydrosédimentaire sur des sites d’étude.


Début du projet

Dès que possible


Direction de recherche

Damien Pham Van Bang


Programme d’études

Doctorat en sciences de l’eau


Profil recherché

Compétences/habiletés en :

  • Mécanique des milieux continus
  • Modélisation hydraulique
  • Travail au sein d’une équipe multidisciplinaire
  • Français obligatoire, anglais un atout


Soutien financier

L’INRS offre un soutien financier à ses étudiants. Une bourse est assurée pour ce projet.


Soumission des candidatures

Les personnes intéressées peuvent soumettre leur dossier au professeur Damien Pham Van Bang en utilisant le formulaire en ligne. Selon le dossier, le candidat sera interviewé. Des compléments d’information (noms de référents) pourront être demandés avant la décision finale

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Titre du projet : Simulation numérique d’écoulements côtiers pour la cartographie des risques de submersion : application aux basses côtes de la ville de Québec

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Questions

Damien Pham Van Bang

Courriel : damien.pham_van_bang@ete.inrs.ca
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