Estimation des relations pluviométriques Intensité Durée Aire Fréquence et de leurs incertitudes dans le Sud-Est de la France en climat non stationnaire.

Laboratoire de rattachement : IGE, équipe HMCIS

Encadrants : Victor Mélèse (doctorant) ; victor.melese univ-grenoble-alpes.fr

Co-Encadrant : Juliette Blanchet ; juliette.blanchet univ-grenoble-alpes.fr

Mots clés : Pluie, statistique des extrêmes, non stationnarité, Bayesien

Durée : 6 mois

Niveau de formation : Master 2 avec forte composante statistique

Contexte et objectifs de la mission de stage :
Les tempêtes méditerranéennes sont connues pour leur violence. Elles produisent de nombreux dommages dans la région du Sud-Est de la France. Pour limiter ces dommages une quantification du risque est nécessaire. Un moyen de quantifier ce risque est l’évaluation de la probabilité d’occurrence de ces tempêtes, i.e. leur période de retour. Cependant les périodes retour d’intérêt sont souvent de l’ordre de plusieurs centaines d’années. Or les séries à disposition sont souvent bien plus courtes. Ainsi pour estimer un niveau retour centennal par exemple, nous avons besoin d’extrapoler grâce à un modèle statistique. Les résultats sont donc incertains car aucun modèle n’est exact. Par ailleurs, la pluie est un phénomène qui s’accumule dans le temps et dans l’espace. Ainsi les extrêmes pluviométriques dépendent des échelles temporelles et surfaciques considérées. Pour quantifier le risque lié aux pluies extrêmes, il est donc nécessaire d’estimer cette période de retour pour un continuum d’agrégations temporelles et surfaciques. Les relations Intensité Durée Aire Fréquence permettent une telle estimation. D’autre part une augmentation de l’occurrence des événements extrêmes ainsi que de leur intensité a été noté dans le Sud-Est de la France depuis les années 80. Ainsi pour quantifier le risque lié aux pluies extrêmes, il est nécessaires d’incorporer une hypothèse de non stationnarité temporelle sur les extrêmes pluviométriques dans les relations Intensité Durée Aire Fréquence.

Au sein de l’Institut des Géosciences et de l’Environnement (IGE), et plus particulièrement de l’équipe HMCIS, nous disposons d’une double expertise en hydrométéorologie et modélisation statistique. Un cadre d’étude des extrêmes pluviométriques en climat non stationnaire a été proposé par Blanchet et al. 2016 et un cadre bayésien d’estimation des relations Intensité Durée Fréquence et de leurs incertitudes en climat stationnaire a été proposé par Mélèse et al. 2017 : ils montrent que le cadre bayésien est le plus propice à l’estimation des incertitudes des relations Intensité Durée Fréquence. Un cadre bayésien d’estimation des relations Intensité Durée Aire Fréquence est en cours de développement en contexte stationnaire.

Ce stage d’une durée de 6 mois permettra la mise en place d’un modèle Intensité Aire Durée Fréquence en climat non stationnaire, dans la région du Sud-Est de la France (de Perpignan à Nice, jusqu’à Valence, 90000 km2), pour une période d’observation allant de 1958 à 2015. L’estimation du modèle se fera pour des agrégations temporelles allant de la journée à la semaine et des agrégations surfaciques allant du point à plusieurs milliers de km2. L’étudiant sera amené à utiliser la théorie des valeurs extrêmes Coles 2001 et un cadre d’estimation Bayésien.

Blanchet, J., Molinié, G., and Touati, J. (2016). Spatial analysis of trend in extreme daily rainfall in southern france. Climate Dynamics.

Coles, S., Bawa, J., Trenner, L., and Dorazio, P. (2001). An introduction to statistical modeling of extreme values, volume 208. Springer.

Mélèse, V., Blanchet, J., and Molinié, G. (2017). Uncertainty estimation of intensity-duration-frequency relationships : a regional analysis. Journal of Hydrology.