Evaluation de l'utilisation des données 3D produites en région wallonne dans le cadre de modélisation hydraulique.

Abstract

L’homme a toujours dû faire face à des catastrophes naturelles. Parmi ces catastrophes, les inondations sont des événements récurrents qui peuvent causer des dégâts importants. Afin de mettre en place des plans de gestion des risques d’inondation, des modèles hydrauliques ont été conçus pour permettre la simulation d’inondations. Ces modèles ont besoin d’une représentation du terrain naturel ainsi que des éléments du sursol. Au sein de l’Université de Liège, l’équipe du HECE (Hydraulics in Environmental and Civil Engineering) a développé le logiciel WOLF2D qui permet de réaliser ce genre de simulation. Par ailleurs, depuis quelques décennies, de nombreuses villes ont acquis une modélisation en trois dimensions de leur milieu urbain. Ces modèles ne sont plus simplement utilisés pour de la visualisation mais sont aussi utilisés dans de nombreux autres domaines, dont celui de la simulation d’inondations. L’objectif de ce mémoire est d’utiliser des informations provenant du modèle 3D de la ville de Namur afin de fournir un nouveau modèle numérique de surface pour réaliser des simulations sur WOLF2D. Les potentielles améliorations des résultats ont ensuite été évaluées. Le logiciel WOLF2D ne permettant pas d’introduire directement des données en trois dimensions, la première étape de la méthodologie développée a donc été d’extraire de manière automatique l’emprise au sol de chaque bâtiment du modèle 3D. Ces emprises, ainsi que celle des piliers des ponts, ont ensuite été transformées au format raster afin de recréer par extrusion ces éléments en trois dimensions. Ensuite, la surface libre des cours d’eau a été remplacée par l’altitude du lit mineur. Afin d’obtenir une résolution de cinq mètres, une dégradation de la résolution est réalisée de deux manières différentes. La première consiste à réaliser une interpolation bilinéaire. La seconde consiste à réaliser une agrégation spatiale via une fenêtre de convolution suivie d’un rééchantillonnage au plus proche voisin. Pour finir, des simulations d’inondations sont réalisées et permettent d’obtenir la hauteur d’eau de l’inondation pour chaque pixel. Ces hauteurs d’eau ont été comparées à celles simulées avec un modèle numérique de surface de référence. Après une analyse des résultats, il n’est pas possible de confirmer l’amélioration des hauteurs d’eau simulées en utilisant des informations du modèle 3D. L’apport des données 3D se focalise surtout sur la création de la donnée introduite dans le logiciel. La méthode utilisée permet d’obtenir l’emprise au sol de chaque bâtiment en évitant l’introduction d’erreurs liées à certains éléments (balcons, rebords de toitures,etc.) et permet d’éviter les corrections manuelles des ponts et de la végétation.

Man has always had to face natural disasters. Among these disasters, floods are recurring events that can cause significant damage. In order to implement flood risk management plans, hydraulic models have been designed to simulate floods. These models require a representation of the natural terrain as well as the elements of the overground. At the University of Liège, the HECE (Hydraulics in Environmental and Civil Engineering) team has developed the WOLF2D software that allows this type of simulation to be carried out. Besides, over the past few decades, many cities have acquired a three-dimensional model of their urban environment. These models are no longer just used for visualization but they are also used in many other fields, including flood simulation. The objective of this master thesis is to use information from the 3D model of the city of Namur to provide a new digital surface model to perform simulations on WOLF2D. Potential improvements in the results were then assessed. As the WOLF2D software does not allow direct input of three-dimensional data, the first step in the methodology developed was to automatically extract the footprint of each building from the 3D model. These rights-of-way, as well as those of the bridge pillars, were then transformed into raster format in order to recreate these elements in three dimensions by extrusion. Then, the free surface of the streams was replaced by the altitude of the minor bed. In order to obtain a resolution of five meters, a resolution degradation is performed in two different ways. The first is to perform a bilinear interpolation. The second consists in performing a spatial aggregation via a convolution window followed by nearest-neighbor resampling. Finally, flood simulations are carried out to obtain the water level of the flood for each pixel. These water levels were compared to those simulated with a reference digital surface model. After an analysis of the results, it is not possible to confirm the improvement of the simulated water levels using information from the 3D model. The contribution of 3D data is mainly focused on the creation of the data entered in the software. The method used makes it possible to obtain the ground footprint of each building by avoiding the introduction of errors related to certain elements (balconies, roof edges, etc.) and avoids manual corrections of bridges and vegetation.