Développement d’approches statistiques multivariées pour les modèles de copules, applications en hydrologie. - Ben Nasr, Iméne (Doctorat en sciences de l'eau, 2021)
Les études portant sur les évènements hydrologiques extrêmes sont d’une grande importance vu leurs nombreux impacts socio-économiques. Ces études reposent dans une large mesure sur la capacité à estimer adéquatement les risques associés à ces évènements. Dans ce cadre, l’analyse fréquentielle (AF) est une des approches les plus utilisées pour la modélisation et l’estimation des risques associés aux évènements extrêmes. Généralement, ces évènements sont caractérisés par plusieurs variables dépendantes, comme le volume, la pointe et la durée pour les crues. Par conséquent, l'analyse de chacune de ces variables séparément ne peut pas fournir une évaluation complète des risques et peut engendrer des pertes de vies humaines ou de biens associés à une sous estimation, ou une augmentation des coûts des ouvrages hydrauliques associés à une surestimation. L’AF multivariée (AFM) permet de pallier ce problème en considérant simultanément ces variables. L’AF classique est basée sur trois hypothèses à savoir l’homogénéité, la stationnarité et l’indépendance. Par ailleurs, différentes conditions non standards telles que la complexité topographique, les perturbations par les aménagements urbains et les changements climatiques peuvent influencer la réponse hydrologique. De telles conditions rendent la prédétermination des crues, par les méthodes classiques d’AFM, un exercice non efficace et mal adapté à de tels contextes. L’objectif de cette thèse consiste à proposer de nouvelles méthodes plus prometteuses pour l'analyse et la modélisation des variables hydrologiques à la fois dans un cadre multivarié et en l’absence de l’hypothèse d’homogénéité. Ces méthodes visent à contourner les limites de celles utilisées dans la littérature. Ces nouvelles méthodes, basées sur les copules, permettent une meilleure estimation des risques des extrêmes hydrologiques en tenant compte des interactions et es dépendances entre les différentes variables. Par conséquent, les gestionnaires des ressources hydriques peuvent prendre des décisions éclairées et mieux adaptées au contexte actuel. Précisément, nous nous intéressons dans une première partie à tester l’homogénéité des séries hydrologiques multivariées. Pour ce faire, nous avons proposé un nouveau test, basé sur les L moments multivariés, capable de détecter la rupture dans la structure de dépendance des variables hydrologiques. Les résultats obtenus montrent la bonne performance du test proposé sous différents scénarios. Par la suite, dans le but de modéliser l’hétérogénéité des séries hydrologiques multivariées, un modèle de mélange de copules a été mis au point. Dans ce cadre, nous avons proposé une nouvelle méthode pour l’estimation des différents paramètres du modèle. La méthode proposée est basée sur l’utilisation des algorithmes génétiques. Sa performance est illustrée sur des séries simulées. Les résultats obtenus montrent que la méthode proposée est un outil efficace capable de fournir de bonnes estimations, en particulier dans un contexte hydrologique. Finalement, deux nouveaux tests d’adéquation pour les copules multiparamètres ont été développés. Le but de ces tests est de vérifier la qualité de l’ajustement de la copule aux données et améliorer ainsi l’estimation des risques associés aux évènements extrêmes. Les résultats révèlent que les tests proposés performent bien dans le contexte hydrologique. Studies of hydrological extreme events are of great importance given their many socio-economic impacts. These studies rely on the ability to adequately estimate the associated risk. In this context, frequency analysis (FA) is one of the most widely used approaches for modeling and estimating the risks associated with extreme events. Generally, these events are characterized by several correlated random variables. Therefore, analyzing each of these variables separately cannot provide a complete risk assessment and may result in loss of life or property associated with an underestimation, or an increase in the costs of hydraulic structure associated with an overestimation. Multivariate FA (MFA) overcomes this problem by simultaneously considering these variables. Classical FA is based on three assumptions namely homogeneity, stationarity and independence. However, different non-standard conditions such as topographic complexity, disturbances by urban development and climate change can influence the hydrological response. Such conditions make flood predetermination, by conventional MFA methods, an ineffective exercise and unsuitable to such contexts. The main objective of this thesis is to propose new and more promising methods for the analysis and modeling of hydrological variables both in a multivariate framework and in the lack of the homogeneity assumption. These methods aim to overcome the limitations of classical methods used in the literature. These new proposed methods, based on copulas, allow a better estimation of the risks associated to hydrological extremes by taking into account the dependence between the different variables. As a result, water resource managers can make informed decisions that are better suited to the current context. In the first part, we propose a novel statistical test for multivariate heterogeneity detection, based on copula and multivariate L-moments. A simulation study is conducted to evaluate the performance of the proposed test and to compare it with those of existing tests. Results show the ability of the proposed test to discriminate homogeneous and inhomogeneous series. In the second part, we propose a new model based on mixtures of copulas that take into account the heterogeneity of multivariate hydrological series. To estimate the components of this model, we propose a new parameter estimation approach, based on the maximum pseudo-likelihood using genetic algorithms. Results indicate that the proposed method estimates more accurately the parameters even with small sample sizes compared to the existing classical EM method. In the last part, we introduce new goodness of fit (GOF) tests specifically for multiparameter copulas and adapted to hydrometeorological context. More precisely, the proposed GOF tests are based on multivariate L moments. A simulation study is conducted to evaluate and compare the performances of the proposed tests. The results confirm the usefulness of the new GOF tests in comparison with some well-established ones.

Quel regard porter sur le travail social à l’ère des changements climatiques? : le cas des inondations (2017-2019) au Québec - Hamelin, Marilou (2021)
Les changements climatiques anthropogéniques posent des défis énormes pour toutes les sociétés humaines. Ces défis majeurs mettront à l’épreuve les capacités d’adaptation des États et de ses institutions et des communautés partout dans le monde et devront se résoudre par un élan de solidarité humaine afin d’en atténuer les conséquences. Le Canada connaît déjà un réchauffement climatique important. Le pays a d’ailleurs récemment été touché par des événements climatiques extrêmes : des canicules, des feux de forêt, une sécheresse anormale et des inondations dont l’intensité est prévue d’augmenter avec les changements climatiques anthropogéniques. La province du Québec a quant à elle été touchée par de fortes inondations entre 2017 et 2019. L’objectif principal de la présente étude vise à discuter la manière dont le paradigme écosocial peut faire évoluer le travail social en tant que champ de savoir et d’intervention dans un contexte de changements climatiques. Cette étude s’est appuyée sur des données issues de groupes focus réalisés avec des intervenants suite aux inondations survenues au Québec (2017-2019). Notre analyse vise les interventions réalisées en contexte d’inondations, dans le sud de la province, mise en œuvre par le système de santé. Les données ont été collectées lors d’entrevues de groupe réalisées avec des intervenants psychosociaux et des gestionnaires de CI(U)SSS au courant des mois d’octobre et de novembre 2019. Les thèmes suivants ont émergé des analyses: les caractéristiques des inondations de 2019, les divergences d’opinions vis-à-vis des changements climatiques, l’aide et le soutien apportés durant les inondations et la participation citoyenne. J’insisterai également sur l’exacerbation possible des inégalités sociales dans ce contexte. D’autres thèmes se sont également révélés importants : l’engagement des intervenants psychosociaux, la participation et la décentralisation des décisions politiques. Enfin, mes réflexions porteront sur les conséquences sociales qu’entrainent les inondations et sur les types de pratiques sociales qui s’avèrent pertinentes à l’ère des changements climatiques et dans un contexte d’urgence.

Analyse des liens entre la précipitation extrême et la température : étude de cas dans le bassin versant de la rivière des Outaouais (BVRO) à partir des simulations du modèle climatique régional développé au centre ESCER - Llerena, Ana (2021)
Dans le contexte du réchauffement planétaire, la relation de Clausius Clapeyron (CC) est utilisée comme un indicateur de l’évolution des précipitations extrêmes. Parmi les théories proposées, nous utilisons dans notre recherche une relation exponentielle qui fait le lien entre l’évolution des centiles les plus extrêmes des précipitations et le changement de la température ΔT dans le climat actuel. Selon cette théorie, les précipitations augmentent au même rythme que la capacité de rétention d'humidité dans l’atmosphère, expliquée par la relation de CC, avec un taux de changement d'environ 7 % par degré Celsius pour des valeurs de température et de pression près de la surface. Ainsi, le présent travail vise à vérifier l’existence de liens physiquement plausibles dans la relation entre les précipitations extrêmes et la température de l’air pour la région du Bassin Versant de la Rivière des Outaouais (BVRO) sur la période 1981-2010, à l’aide des simulations du Modèle Régional Canadien du Climat (MRCC) (versions 5 et 6), développé au centre ESCER, et de deux produits de réanalyses du Centre Européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (CEPMMT) à différentes résolutions spatiales. En général, les précipitations quotidiennes suivent un taux de changement inférieur à celui de CC ; tandis que les précipitations horaires augmentent plus rapidement avec la température. Dans ce dernier cas, pour la simulation du MRCC5 à plus haute résolution spatiale, des taux de changement supérieurs à CC ont même été produits, jusqu’à 10,2 %/°C. Ce travail a également mis en évidence qu’au-delà du seuil de 20°C, la capacité de rétention d'humidité de l’atmosphère n’est pas le seul facteur déterminant pour générer des précipitations extrêmes, et que d’autres facteurs sont à considérer, comme la disponibilité de l'humidité au moment de l'événement de précipitation et la présence de mécanismes dynamiques qui favorisent les mouvements verticaux ascendants. Un comportement sous forme de crochet, qui décrit une augmentation des précipitations jusqu'à un seuil de température, est observé dans la saison estivale avec le MRCC5, mais il a disparu avec les simulations du MRCC6, ce qui pourrait être une conséquence d’avoir seulement une année de simulation disponible ou bien d’une conséquence de la très haute résolution du modèle sur les intervalles de température et sur les effets locaux. En conclusion, l'applicabilité de la relation de CC ne doit pas être généralisée quant à l’étude des précipitations extrêmes, il est également important de considérer l'échelle temporelle, la résolution du modèle utilisé et la saison de l'année. L’évolution de cette relation de CC devrait être évaluée avec des simulations à très haute résolution spatiale (version en développement au centre ESCER), et pour d’autres zones climatiques, sachant que les intervalles de températures et les effets locaux exercent un rôle majeur sur les occurrences et les intensités des fortes précipitations. Ces éléments sont essentiels à intégrer dans le contexte des changements climatiques, en raison des conséquences associées aux fortes précipitations, notamment sur l’occurrence des inondations. _____________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Clausius-Clapeyron, évènements extrêmes, aléas météorologiques, risques d’inondation, changements climatiques
Keywords: Gachon_Philippe