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The exceptional rainfall on Oct. 2nd, 2020 on the Maritime Alps and on the Liguria regions have considerably modified the bed morphology of several rivers in the area. Far beyond the rather localized damages observed on the Tinée or on the Fora di Taggia rivers, the Roya and the Vésubie rivers endured exceptional active width widening (see Melun et al., submit.) that triggered considerable infrastructure damages (approx. 1 billion euros worth). This exceptionally intense storm episode (663 mm in 24h at the Mesches Dam in the Roya catchment ; CEREMA, 2021) reactivated sediment supply from hillslopes that triggered a fluvial metamorphosis: the Roya and the Vésubie, that were single channels, mostly of a step-pool morphology prior to the flood, switched to multithreaded riverbeds, characteristic of an excess of sediment supply compared to transport capacity. Based on sediment fluxes monitoring (RFID sediment tracking and geophone) before and during the flood, this study contributes 1/ to characterise the intensity of sediment transport in the Roya main branch during the 2020/10/02 episode, 2/ to develop a prospective conceptual model of sediment connectivity in the Roya catchment and 3/ to stress few essential guidelines for the reconstruction of these Maritime Alps valley bottoms.; Les précipitations exceptionnelles du 2 octobre 2020 sur les Alpes-Maritimes et la Ligurie ont considérablement modifié la morphologie de plusieurs cours d’eau de la région. Au-delà des dégâts assez localisés observés sur la Tinée ou la Fora di Taggia, la Roya et la Vésubie en particulier ont vu leur bande active s’élargir de manière exceptionnelle (cf. Melun et al., submit.), occasionnant des dégâts considérables aux infrastructures (coût estimé :env. 1 milliard d’euros). Ces deux cours d’eau sont passés d’un chenal unique, souvent en step-pool, à une morphologie à chenaux multiples, caractéristique d’un excès de sédiments provenant des versants, réactivés à l’occasion de cet événement particulièrement intense en termes de précipitations (663 mm en 24h aux Mesches ; CEREMA, 2021). En s’appuyant sur les campagnes de mesures (traçage RFID et sismique acoustique passive) avant et pendant l’événement, nous nous proposons de contribuer 1/ à caractériser l’intensité du transport sédimentaire sur la Roya lors de l’épisode du 02/10/2020, 2/ à développer un modèle prospectif de fonctionnement hydro-sédimentaire du bassin de la Roya et enfin 3/ à souligner quelques principes de gestion qui nous semblent essentiels pour la reconstruction de ces vallées maralpines.

Ce rapport vise à présenter la méthodologie utilisée pour modéliser des débits générés par la tempête Alex au droit de 105 exutoires situés dans les bassins du Var amont, de la Tinée, de la Vésubie, de la Bévéra et de la Roya. Une comparaison des débits simulés avec ceux estimés au droit de quatre stations hydrométriques de la DREAL PACA (la Tinée à Tournefort, la Vésubie à Utelle, la Bévéra à Sospel et la Roya à Tende) est réalisée. Il s’agit de résultats préliminaires, à consolider avec une analyse de sensibilité et une comparaison avec d’autres modèles plus complexes et potentiellement plus « réalistes ».

International audience; The main goal of this paper is to present a hydro-meteorological assessment of the last three major floods observed on the small coastal watersheds of the French Riviera (October 3, 23 November 2015, 2019 and 1 December 2019). The joint analysis of precipitation data from rain gauges and of several quantitative precipitation estimates products (PANTHERE, ANTILOPE and RAINPOL) shows that the two episodes of 3 October 2015 and 1 December 2019 are characterised by very high rainfall intensities, with local accumulations of more than 100 [mm] in less than 3 hours, while the November 2019 episode was less intense and more uniform over the studied catchments. Estimated peak flows are of the same order of magnitude for the 2015 and December 2019 episodes, i.e. between 10 and 20 m3/s/km2 for the headwater catchments (drained surfaces less than 10 km2), and around 5 m3/s/km2 for the downstream catchments (drained surfaces between 10 and 60 km2). These floods are comparable to the major floods observed in recent years on a European scale, without being those that have produced the highest specific flows. This hydro-meteorological assessment shows the necessity and the interest of the instrumentation of the French Riviera coastal catchments and the added value of organising post-flood feedback in order to estimate the precipitation and flows likely to be observed in these regions prone to flash floods. Such studies are also useful to take a step back on the data and tools used for hydro-meteorological forecasting purposes on these catchments.; L’objectif de cet article est de présenter un bilan hydro-météorologique des trois dernières crues majeures observées sur les petits bassins côtiers de la Côte d’Azur (3 octobre 2015, 23 novembre 2019 et 1er décembre 2019). L’analyse conjointe de données issues de pluviomètres et de différents produits de lames d’eau (PANTHERE, ANTILOPE et RAINPOL) montre que les deux épisodes du 3 octobre 2015 et du 1er décembre 2019 sont caractérisés par des intensités très importantes, avec des cumuls localement supérieurs à 100 mm en moins de 3 heures, alors que l’épisode de novembre 2019 a été moins intense et plus uniformément réparti sur l’ensemble du territoire. Les débits de pointe estimés sont du même ordre de grandeur pour les épisodes de 2015 et de décembre 2019, soit entre 10 et 20 m3/s/km² pour les têtes de bassins versants, et autour de 5 m3/s/km² pour l’aval. Ces crues s’avèrent comparables aux autres crues majeures observées ces dernières années à l’échelle européenne, sans pour autant être celles ayant produit les débits spécifiques les plus importants. Ce bilan hydro-météorologique montre la valeur ajoutée d’organisation de retours d’expérience post-crue afin d’estimer les précipitations et débits susceptibles d’être observés dans ces régions sujettes aux crues éclairs.

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International audience; Modeling on changing watersheds is a particularly challenging topic for hydrologists, as land use change is not stationary and it has impacts on the rainfall-runoff relationship. It is necessary then to take into account these changes in the modeling, as well as climate change, in order to understand the hydrosystem and to improve the use of modeling tools. Several types of land use changes can influence the runoff, including beaver dams. Since the 20 th century, beavers are recolonizing territories due to protective laws in Europe and reintroduction operations in several countries. On some rivers, series of beaver dams are observed, producing potential significant hydrological impacts at the catchment scale. This work aims to develop a methodology able to detect hydrological impacts due to land use changes, using a rainfall-runoff model and to quantify these hydrological changes.

International audience; Modeling on changing watersheds is a particularly challenging topic for hydrologists, as land use change is not stationary and it has impacts on the rainfall-runoff relationship. It is necessary then to take into account these changes in the modeling, as well as climate change, in order to understand the hydrosystem and to improve the use of modeling tools. Several types of land use changes can influence the runoff, including beaver dams. Since the 20 th century, beavers are recolonizing territories due to protective laws in Europe and reintroduction operations in several countries. On some rivers, series of beaver dams are observed, producing potential significant hydrological impacts at the catchment scale. This work aims to develop a methodology able to detect hydrological impacts due to land use changes, using a rainfall-runoff model and to quantify these hydrological changes.

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Since 2006, Électricité de France (EDF) applies a new hydro-climatological approach of extreme rainfall and flood predetermination - the SCHADEX method - for the design of dam spillways. In a context of potential increase of extreme event intensity and frequency due to climate change, the use of the SCHADEX method in non-stationary conditions is a main interest topic for EDF hydrologists. Thus, the scientific goal of this Ph.D. thesis work has been to evaluate the ability of the SCHADEX method to take into account future climate simulations for the estimation of future extreme floods. The recognized inabilities of climate models and downscaling methods to simulate (extreme) rainfall distribution at the catchment-scale have been avoided, by developing and testing new methodological approaches. Moreover, the decomposition of the flood-producing factors proposed by the SCHADEX method has been used for considering different simulated climatic evolutions and for quantifying the relative impact of these factors on the extreme flood estimation. First, the SCHADEX method has been applied in present time over different climatic contexts (France, Austria, Canada and Norway), thanks to several colorations with academic and industrial partners. A sensitivity analysis allowed to quantify the extreme flood estimation sensitivity to rainfall hazard, catchment saturation hazard and rainfall-runoff transformation, independently. The results showed a large sensitivity of SCHADEX flood estimations to the rainfall hazard and to the rainfall-runoff transformation. Using the sensitivity analysis results, tests have been done in order to estimate the future evolution of "key" variables previously identified. New climate model outputs (done within the CMIP5 project) have been analyzed and used for determining future frequency of rainfall events and future catchment saturation conditions. Considering these simulated evolutions within the SCHADEX method lead to a significant decrease of simulated extreme floods. In order to predict the future intensity of rainfall events with air temperature simulated series, tests have been performed on several hundred of French catchment rainfall series, trying to link observed air temperature with observed rainfall event intensity. The results obtained show a mean heavy rainfall intensity increase of 6% per degree of air temperature rise, at the daily timescale. Nevertheless, supplementary tests are needed in order to estimate the timestep and the temperature range at which this rainfall event intensity increase is valid. Finally, these different future evolutions have all been used as inputs of the SCHADEX method. This last test showed the difficulty to quantify the impact of climate change on extreme floods due to a combination of extreme flood decrease factors (extreme flood decrease due both to future rainfall event frequency and catchment saturation condition evolution) and extreme flood increase factor (extreme flood increase due to an increase of future rainfall event intensity ). Even if the extreme flood estimation sensitivity analysis has raised numerous questions about the rainfall-runoff model calibration within the SCHADEX method, quantifying the future rainfall event intensity is the key question for the extreme rainfall and flood predetermination in a climate change context.; Depuis 2006, Électricité de France (EDF) applique une nouvelle approche hydroclimatologique de prédétermination des pluies et crues extrêmes, la méthode SCHADEX, pour le dimensionnement des évacuateurs de crues de ses barrages. Dans un contexte de changement climatique global, potentiellement amplificateur de la fréquence et de l'intensité des événements extrêmes, l'application de la méthode SCHADEX en conditions non-stationnaires est un sujet d'intérêt majeur pour les hydrologues d'EDF. Aussi, l'objectif scientifique des travaux de thèse entrepris a été d'évaluer la capacité de la méthode SCHADEX à prendre en compte l'information contenue dans les simulations du climat futur, pour estimer les crues extrêmes du futur. Les difficultés avérées des modèles climatiques et des méthodes de descente d'échelles à simuler des distributions de pluies courantes et extrêmes à l'échelle d'un bassin versant ont été contournées, en développant et en testant de nouvelles approches méthodologiques. De plus, la décomposition des processus générateurs de crues extrêmes proposée par la méthode SCHADEX a été utilisée afin d'incorporer différentes évolutions climatiques simulées, et de quantifier l'impact relatif de ces processus sur l'estimation de débits extrêmes. La méthode SCHADEX a tout d'abord été appliquée en temps présent dans différents contextes climatiques (France, Autriche, Canada et Norvège), grâce à des collaborations avec plusieurs partenaires académiques et industriels. Une analyse de sensibilité des estimations de crues extrêmes à la variabilité climatique observée a été réalisée sur plusieurs bassins versants. Cette analyse a permis de quantifier, de manière indépendante, le degré de sensibilité des estimations à l'aléa pluie, à la saturation des bassins versants et à la transformation pluie-débit. Les résultats obtenus ont ainsi révélé la grande sensibilité des estimations SCHADEX à l'aléa pluie forte et à la transformation pluie-débit, réalisée par le modèle hydrologique. S'appuyant sur les résultats de l'analyse de sensibilité, des travaux ont ensuite été réalisés afin d'estimer les évolutions futures des variables clés préalablement identifiées. Des sorties récentes de modèles climatiques (réalisées dans le cadre du projet CMIP5) ont été analysées, et ont permis de déterminer des fréquences d'occurrences futures d'épisodes pluvieux, ainsi que des conditions futures de saturation des bassins versants. L'incorporation de ces séries au sein de la méthode SCHADEX entraîne une diminution non négligeable des débits de crues extrêmes estimés. Dans le but de prédire l'intensité des pluies futures à partir de simulations de températures de l'air, des tests ont été entrepris sur plusieurs centaines de pluies de bassin françaises, afin de relier les températures de l'air observées avec les intensités de pluies extrêmes observées. Les résultats obtenus révèlent une augmentation moyenne de 6% des quantiles de pluies extrêmes par degré d'augmentation de la température de l'air, au pas de temps journalier. Néanmoins, des tests supplémentaires sont nécessaires pour déterminer sur quelles gammes de températures, et à quel pas de temps cette augmentation est valable. Enfin, ces différentes évolutions futures ont été toutes incorporées au sein de la méthode SCHADEX. Cet exercice final a montré la difficulté de quantifier l'impact du changement climatique sur les crues extrêmes, du fait de processus qui s'additionnent (diminution des débits extrêmes due à la fois à l'évolution des fréquences d'occurrences d'épisodes pluvieux et à l'évolution des conditions de saturation des bassins versants) et d'autres qui s'opposent (augmentation des débits extrêmes due à l'augmentation de l'intensité future des épisodes pluvieux). Si l'analyse de sensibilité des estimations de crues extrêmes a soulevé de nombreuses questions relatives au calage du modèle hydrologique utilisé dans la méthode SCHADEX, la quantification de l'intensité des épisodes pluvieux futurs constitue l'enjeu clé de la prédétermination des pluies et crues extrêmes en contexte de changement climatique.

Since 2006, Électricité de France (EDF) applies a new hydro-climatological approach of extreme rainfall and flood predetermination - the SCHADEX method - for the design of dam spillways. In a context of potential increase of extreme event intensity and frequency due to climate change, the use of the SCHADEX method in non-stationary conditions is a main interest topic for EDF hydrologists. Thus, the scientific goal of this Ph.D. thesis work has been to evaluate the ability of the SCHADEX method to take into account future climate simulations for the estimation of future extreme floods. The recognized inabilities of climate models and downscaling methods to simulate (extreme) rainfall distribution at the catchment-scale have been avoided, by developing and testing new methodological approaches. Moreover, the decomposition of the flood-producing factors proposed by the SCHADEX method has been used for considering different simulated climatic evolutions and for quantifying the relative impact of these factors on the extreme flood estimation. First, the SCHADEX method has been applied in present time over different climatic contexts (France, Austria, Canada and Norway), thanks to several colorations with academic and industrial partners. A sensitivity analysis allowed to quantify the extreme flood estimation sensitivity to rainfall hazard, catchment saturation hazard and rainfall-runoff transformation, independently. The results showed a large sensitivity of SCHADEX flood estimations to the rainfall hazard and to the rainfall-runoff transformation. Using the sensitivity analysis results, tests have been done in order to estimate the future evolution of "key" variables previously identified. New climate model outputs (done within the CMIP5 project) have been analyzed and used for determining future frequency of rainfall events and future catchment saturation conditions. Considering these simulated evolutions within the SCHADEX method lead to a significant decrease of simulated extreme floods. In order to predict the future intensity of rainfall events with air temperature simulated series, tests have been performed on several hundred of French catchment rainfall series, trying to link observed air temperature with observed rainfall event intensity. The results obtained show a mean heavy rainfall intensity increase of 6% per degree of air temperature rise, at the daily timescale. Nevertheless, supplementary tests are needed in order to estimate the timestep and the temperature range at which this rainfall event intensity increase is valid. Finally, these different future evolutions have all been used as inputs of the SCHADEX method. This last test showed the difficulty to quantify the impact of climate change on extreme floods due to a combination of extreme flood decrease factors (extreme flood decrease due both to future rainfall event frequency and catchment saturation condition evolution) and extreme flood increase factor (extreme flood increase due to an increase of future rainfall event intensity ). Even if the extreme flood estimation sensitivity analysis has raised numerous questions about the rainfall-runoff model calibration within the SCHADEX method, quantifying the future rainfall event intensity is the key question for the extreme rainfall and flood predetermination in a climate change context.; Depuis 2006, Électricité de France (EDF) applique une nouvelle approche hydroclimatologique de prédétermination des pluies et crues extrêmes, la méthode SCHADEX, pour le dimensionnement des évacuateurs de crues de ses barrages. Dans un contexte de changement climatique global, potentiellement amplificateur de la fréquence et de l'intensité des événements extrêmes, l'application de la méthode SCHADEX en conditions non-stationnaires est un sujet d'intérêt majeur pour les hydrologues d'EDF. Aussi, l'objectif scientifique des travaux de thèse entrepris a été d'évaluer la capacité de la méthode SCHADEX à prendre en compte l'information contenue dans les simulations du climat futur, pour estimer les crues extrêmes du futur. Les difficultés avérées des modèles climatiques et des méthodes de descente d'échelles à simuler des distributions de pluies courantes et extrêmes à l'échelle d'un bassin versant ont été contournées, en développant et en testant de nouvelles approches méthodologiques. De plus, la décomposition des processus générateurs de crues extrêmes proposée par la méthode SCHADEX a été utilisée afin d'incorporer différentes évolutions climatiques simulées, et de quantifier l'impact relatif de ces processus sur l'estimation de débits extrêmes. La méthode SCHADEX a tout d'abord été appliquée en temps présent dans différents contextes climatiques (France, Autriche, Canada et Norvège), grâce à des collaborations avec plusieurs partenaires académiques et industriels. Une analyse de sensibilité des estimations de crues extrêmes à la variabilité climatique observée a été réalisée sur plusieurs bassins versants. Cette analyse a permis de quantifier, de manière indépendante, le degré de sensibilité des estimations à l'aléa pluie, à la saturation des bassins versants et à la transformation pluie-débit. Les résultats obtenus ont ainsi révélé la grande sensibilité des estimations SCHADEX à l'aléa pluie forte et à la transformation pluie-débit, réalisée par le modèle hydrologique. S'appuyant sur les résultats de l'analyse de sensibilité, des travaux ont ensuite été réalisés afin d'estimer les évolutions futures des variables clés préalablement identifiées. Des sorties récentes de modèles climatiques (réalisées dans le cadre du projet CMIP5) ont été analysées, et ont permis de déterminer des fréquences d'occurrences futures d'épisodes pluvieux, ainsi que des conditions futures de saturation des bassins versants. L'incorporation de ces séries au sein de la méthode SCHADEX entraîne une diminution non négligeable des débits de crues extrêmes estimés. Dans le but de prédire l'intensité des pluies futures à partir de simulations de températures de l'air, des tests ont été entrepris sur plusieurs centaines de pluies de bassin françaises, afin de relier les températures de l'air observées avec les intensités de pluies extrêmes observées. Les résultats obtenus révèlent une augmentation moyenne de 6% des quantiles de pluies extrêmes par degré d'augmentation de la température de l'air, au pas de temps journalier. Néanmoins, des tests supplémentaires sont nécessaires pour déterminer sur quelles gammes de températures, et à quel pas de temps cette augmentation est valable. Enfin, ces différentes évolutions futures ont été toutes incorporées au sein de la méthode SCHADEX. Cet exercice final a montré la difficulté de quantifier l'impact du changement climatique sur les crues extrêmes, du fait de processus qui s'additionnent (diminution des débits extrêmes due à la fois à l'évolution des fréquences d'occurrences d'épisodes pluvieux et à l'évolution des conditions de saturation des bassins versants) et d'autres qui s'opposent (augmentation des débits extrêmes due à l'augmentation de l'intensité future des épisodes pluvieux). Si l'analyse de sensibilité des estimations de crues extrêmes a soulevé de nombreuses questions relatives au calage du modèle hydrologique utilisé dans la méthode SCHADEX, la quantification de l'intensité des épisodes pluvieux futurs constitue l'enjeu clé de la prédétermination des pluies et crues extrêmes en contexte de changement climatique.

International audience; Stochastic flood simulation methods are typically based on a rainfall probabilistic model (used for simulating continuous rainfall series or for estimating probabilities of random rainfall events) and on a rainfall-runoff model. Usually, both of these models are calibrated over observed hydrometeorological series, which may be subject to significant variability and/or nonstationarity over time. The general aim of this study is thus to propose and test a methodology for performing a sensitivity analysis of extreme flood estimations to observed hydrometeorological variability. The methodology consists of performing a set of blockbootstrap experiments: for each experiment, the data used for calibration of a particular model (e.g., the rainfall probabilistic model) is bootstrapped while the model structure and the calibration process are held constant. The SCHADEX extreme flood estimation method has been applied over six catchments located in different regions of the world. The results show first that the variability of observed rainfall hazard has the most significant impact on the extreme flood estimates. Then, consideration of different rainfall-runoff calibration periods generates a significant spread of extreme flood estimated values. Finally, the variability of the catchment saturation hazard has a nonsignificant impact on the extreme flood estimates. An important point raised by this study is the dominating role played by outliers within the observed records for extreme flood estimation.

International audience; The short and heavy rainfall events observed on the French Riviera often lead to flash floods on coastal catchments: during the flood of 2 October 2015, a peak discharge between 185 and 295 m3/s was estimated on the Brague at Biot at 8:00 PM, whereas the flow rate was about 1 m3/s at 5:30 PM there. While measurements of such discharges are very important (for statistical flood analysis, flood modelling, design of hydraulic structures), they are dangerous when they require an operator to handle an instrument in or near the river. Alternative methods can be used, such as video analysis. In this work, we applied two different image velocimetry (LSPIV) algorithms (Fudaa-LSPIV and OpyFlow) to several videos of the 23 November 2019 floods within the Brague catchment, in order to estimate discharge values. The discharge values obtained were then compared with the values observed on the available gauging stations, as well as to the results of rainfall-runoff modelling on the same sections. The LSPIV estimates, discharge simulations and observations are consistent across the studied sections, showing the interest of combining such different and independent techniques to estimate flood discharge values.; Les précipitations courtes et violentes observées sur la Côte d’Azur conduisent souvent à des crues-éclairs sur les bassins versants côtiers : lors de la crue du 2 octobre 2015, un débit de pointe compris entre 185 et 295 m3/s a été estimé sur la Brague à Biot vers 20h00, alors que le débit y était d’environ 1 m3/s à 17h30 . Si les mesures de tel débits sont très importantes (pour l’analyse statistique des crues, la modélisation des crues, la conception d’ouvrages hydrauliques), elles sont dangereuses lorsqu’elles nécessitent qu’un opérateur manipule un instrument dans ou à proximité de la rivière. Des méthodes alternatives peuvent être utilisées, comme l’analyse de vidéo. Dans ce travail, nous avons appliqué deux algorithmes différents de vélocimétrie d’images (LSPIV) (Fudaa-LSPIV et OpyFlow) à plusieurs vidéos des inondations du 23 novembre 2019 sur le bassin versant de la Brague, afin d’estimer les débits. Les valeurs de débit obtenues sont ensuite comparées aux débits mesurés, ainsi qu’aux résultats de la modélisation pluie-débit sur les mêmes sections. Les estimations LSPIV, les simulations de débits et les observations sont cohérentes sur les sections étudiées, montrant l’intérêt de combiner des techniques aussi différentes et indépendantes pour estimer les valeurs de débit de crue.