Développer des outils pour prévenir les inondations au Mexique

Stage de fin d’études au Mexique

Cet article a pour objectif de vous présenter un aperçu de notre stage réalisé au Mexique lors de la session d’été 2015, la dernière de notre baccalauréat en génie de la construction. Si vous êtes passionné par la recherche en hydrologie et que vous êtes en quête de nouvelles expériences à l’international, ce type de projet pourrait vous intéresser.

Recherche en hydrologie

Ce stage de recherche a été réalisé dans le cadre de la collaboration internationale entre les professeurs Annie Poulin et Mathias Glaus de l’ÉTS (groupes de recherche du DRAME – Développement et recherche appliquée en modélisation du cycle de l’eau et de la STEPPE – Station expérimentale des procédés pilotes en environnement) et l’équipe du Dr Rabidranath Roméro Lopez du département de génie civil de l’Universidad Veracruzana sur le campus de Xalapa (Capitale de l’État de Veracruz, Mexique). Plus précisément, nous avons collaboré au projet d’un étudiant au doctorat, Monsieur Juan Carlos Ramírez Muñoz, qui est sous la supervision du Professeur Rabindranarth Romero Lopez. Ces derniers ont supervisé nos travaux à l’université d’accueil, la Professeure Annie Poulin agissait alors comme superviseure représentant notre université d’attache.

Figure 1 État de Veracruz au Mexique

Ce séjour était pour nous une belle opportunité de participer à des activités de recherche dans un contexte très différent de l’environnement québécois. Les caractéristiques des bassins versants et du climat sont particuliers sur plusieurs points. Les inondations importantes dans la région de Veracruz sont principalement causées par des ouragans et des cyclones alors qu’au Québec, la fonte du couvert neigeux à un rôle majeur dans le cycle hydrologique. Le projet auquel nous avons participé a pour objectif final de développer des outils permettant la prévention des inondations causées par des événements météorologiques extrêmes, caractéristiques de la région de Veracruz. Les pluies torrentielles sont directement reliées aux inondations et aux glissements de terrain sur la côte et les zones montagneuses de la région de Veracruz.

Description du projet

La région de Veracruz et ses environs sont sujets à des événements météorologiques extrêmes pendant la saison humide, qui survient entre les mois de juin et novembre, où des phénomènes cycloniques touchent ce secteur situé aux abords du Golfe du Mexique. Les événements extrêmes entraînent des inondations d’envergure qui ont des conséquences sur les populations (pertes de vies humaines, dégâts matériels importants, pertes agricoles) et les infrastructures de cette région. Les coûts sociaux et économiques de ces événements sont donc très importants et il est essentiel pour les autorités et les décideurs locaux de mettre en place des outils qui permettront de réduire la vulnérabilité des communautés face aux inondations.

L’objectif de nos travaux était d’émettre les premières recommandations qui permettront d’orienter les futurs travaux de recherche dans le but d’élaborer un modèle hydrologique basé sur l’analyse des réseaux de neurones (ARN). Les futurs outils ARN devraient être en mesure d’anticiper les risques d’inondations et de minimiser les dégâts importants (humains, matériels, économiques) associés à ces phénomènes dans l’état de Veracruz et ses environs. Ces travaux comprennent notamment une analyse des données disponibles en ce qui concerne la physique et l’hydro-climatique des zones d’étude. La compréhension du fonctionnement hydrométéorologique des bassins versants étudiés est essentielle à l’élaboration d’un modèle hydrologique fiable. Ce texte présente un extrait des analyses qui ont été réalisées et des résultats obtenus.

Étapes d’analyse et de traitement de données

Caractéristiques de la zone d’étude

Les travaux de recherche comprenaient des études sur les données météorologiques, géographiques, hydrologiques et physiques de certains bassins versants de la région de l’état de Veracruz. Le climat est grandement influencé par les caractéristiques physiques, l’effet des reliefs ayant notamment une incidence non négligeable sur la quantité de précipitations reçues annuellement et sur leur spatialisation. Parmi les bassins versants à l’étude, nous pouvons citer l’Antigua, le Jamapa, l’Actopan, le Nautla et le Tecolutla. Les bases de données existantes sur ces différents bassins versants ont permis d’établir les caractéristiques hydrométéorologiques de la région d’étude et d’effectuer une classification des comportements hydrologiques et des événements météorologiques.
Une première analyse a permis de déterminer certaines spécificités des données mises à notre disposition :

• Répartitions géographiques des stations météorologiques et hydrologiques.
• Pas de temps de l’enregistrement des données.
• Périodes d’activité des différentes stations.
• Accessibilité des informations d’occupation du sol.

Analyse des bases de données des bassins versants étudiés :

Les étapes d’analyse nécessitaient le développement d’outils de manipulation de gros jeux de données afin d’extraire les informations utiles de l’ensemble des bases de données et d’établir ainsi une fiche synthèse récapitulative de chacun des bassins versants. Les étapes de traitement des données ont été réalisées grâce aux logiciels suivants :

• Matlab (version 7.12.0);
• ArcGIS (version 10.3, 2015);
• SIATL (Simulador de Rujos de Agua de Cuencas Hidrologicas, version 3.1).

Une fois les données brutes analysées et corrigées, la base de données finale a permis de vérifier certaines relations dont la relation entre les volumes d’écoulement et les volumes de précipitation sur les bassins versant d’étude. Tous les résultats ont montré une bonne corrélation entre les variables pluie/débits et ont ainsi contribué à valider la cohérence de la base de données finale. La figure 2 représente le débit total, le débit des eaux de ruissellement et les précipitations sur le bassin versant de Nautla pour la période 1964-1967 où le pas de temps d’enregistrement des données est journalier. On peut observer que la plupart des journées importantes de précipitations génèrent un important débit total et de ruissellement.

Figure 2 Bassin de Nautla – Représentation Précipitation/Débit (1964 à 1967)

En ce qui concerne le volume mensuel de précipitations et le volume mensuel du débit total, il a été possible d’établir une relation entre ces deux variables. La figure 3 illustre cette relation pour la saison humide, soit du moins de juin au mois de novembre inclusivement.

Cette relation est justifiée par les valeurs des coefficients de détermination obtenues pour chacun des mois de cette période. Pour les différents mois étudiés, les coefficients de détermination sont généralement élevés, variant de 0,6 à 0,89. On observe que la corrélation R2 augmente entre les mois de juin et août, et qu’il est corrélé avec l’état de saturation du sol en cette période. On observe ensuite une forte baisse de R2 au mois de septembre puis, une augmentation en octobre et novembre. La chute du R² pourrait être expliquée par une petite saison plus sèche généralement observée entre la mi-juillet et la mi-août. Cette période aboutit à une baisse de la teneur en eau dans les sols et à une augmentation de la capacité d’infiltration, ce qui a une incidence non négligeable sur la relation pluie-débit.

Figure 3 Bassin Antigua – Relation Précipitation et Volume écoulé (1980-1995)

À suivre

D’autres résultats de cette étude seront présentés dans un autre article à paraître bientôt : Classification de micro-bassins pour prévenir les inondations au Mexique.