Nouveautés de Lekan 2.3

Lekan 2.3 est l’aboutissement de l’ensemble des versions expérimentales 2.2.9x. Cette version marque une évolution majeure par rapport à la version 2.2. La version 2.3 intègre en effet les deux nouvelles fonctionnalités suivantes :

– Modélisation hydraulique 2D : création ou importation de modèles 2D, résolution, visualisation et exploitation des résultats.

– Utilisation de précipitations spatialisées : valeur de pluviométrie sur une grille spatialisée pour différents pas de temps, applicable sur un bassin versant ou un modèle hydraulique compatible.

Cette version offre également plusieurs autres améliorations, correctifs de bugs ou de nouvelles fonctionnalités plus mineurs.

Lekan étant un logiciel en développement permanent, cette version ne reste qu’une étape de son développement. L’extension des fonctionnalités existantes sont envisageables et d’autres idées de développement apparaissent.

Modélisation hydraulique 2D

Cette nouvelle fonctionnalité n’est pas de proposer une nouveau solveur 2D propre à Lekan. En effet, aujourd’hui, il existe beaucoup de solveurs différents qui sont capables de résoudre les équations de Barré-Saint-Venant avec différentes méthodes. La plupart de ces modèles dépendent de maillages qui peuvent être irréguliers ou réguliers et d’autres entrées qui sont relativement communes d’un modèle à un autre.

L’idée est de donner à Lekan la capacité d’intégrer certains solveurs existants d’une façon générique tout en permettant l’interopérabilité entre modèles et d’autres éléments présents dans Lekan : exutoire de bassin versant, pluies spatialisées, méthodes de transfert d’hydrogramme, bases de données local ou distante de débit ou de pluie, …

Un ou plusieurs modèles dans un réseau hydraulique

L’intégration d’un modèle 2D, appelé structure 2D dans Lekan, se fait soit par la construction complète du modèle dans Lekan, soit par l’importation d’un modèle construit préalablement à l’extérieur.

L’utilisateur peut ensuite connecter toutes structures 2D à des exutoires de bassins versants, à des jonctions, à des sources d’hydrogrammes importées depuis un fichier, depuis un serveur distant ou rentrée directement dans Lekan, ou encore connecter différents structures 2D entre elles.

Ces connexions se font à l’aide de méthodes de transfert d’hydrogramme qui existent depuis la version 2.2, permettant de faire entrer dans le modèle des débits provenant de différentes sources ou d’autres modèles et de récupérer les débits en sortie pour les injecter ailleurs.

Création de modèle

Pour les modèles construits dans Lekan, l’utilisateur peut :

  • saisir le domaine et des lignes de structures
  • définir des polygones associés à une résolution de maillage
  • générer un maillage triangulaire suivant plusieurs algorithmes (GMSH)
  • appliquer sur le maillage une ou plusieurs topographies depuis des MNT rasters
  • définir des polygones associés à des valeurs de rugosité
  • ajouter / supprimer des conditions aux limites (débit, niveau d’eau) connectable aux autres éléments du réseau hydraulique du projet

Les paramètres de simulations (pas de temps, conditions initiales, schémas et autres options numériques) y sont définis avant de pouvoir lancer la résolution du modèle sans quitter Lekan.

Avec cette version 2.3, le solveur supporté pour les modèles construits dans Lekan est TELEMAC 2D.

Importation de modèle

L’importation de modèles se fait en choisissant le fichier décrivant le modèle. Le modèle est alors intégré au projet courant de Lekan. Les conditions aux limites sont ensuite raccordables au reste du réseau hydraulique du projet.

Avec cette version 2.3, les modèles HEC-RAS peuvent être importés. Pour chaque “plan” HEC-RAS, un schéma hydraulique peut être créé, permettant ainsi d’avoir plusieurs scénarios de modèle HEC-RAS avec des conditions aux limites et/ou des géométries différentes pour chaque schéma hydraulique de Lekan. L’utilisateur peut modifier les paramètres temporelles ainsi que les conditions aux limites en terme de débits et de niveau d’eau, et/ou les raccorder au reste du réseau. Le démarrage de la résolution du modèle peut ensuite être effectué sans quitter Lekan, à condition qu’une version de HEC-RAS compatible avec le modèle soit juste installée sur l’ordinateur.

Visualisations et exploitations des résultats

Une fois que les modèles créer ou importer dans Lekan sont résolus, les résultats peuvent être visualisés :

  • En plan sur le canevas cartographiques de Lekan : niveau d’eau, hauteurs d’eau, vitesses d’écoulements sont affichés à l’aide de palettes de couleurs personnalisables, et les vitesses d’écoulements sont visualisables sous forme de vecteurs, des lignes de courants ou des traces statiques ou dynamiques.
  • Des profiles en long et en travers peuvent être définis par utilisateur pour y visualiser en coupe les niveaux d’eaux et les vitesses d’écoulement.
  • Une vue 3D permet de mieux visualiser les écoulements avec le relief du terrain et de la surface libre de l’écoulement.

Il est à noter la possibilité d’exporter les résultats via un fichier de projet QGIS. Ce projet contient les couches SIG présentes dans Lekan mais également une couche maillage (mesh) qui contiendra les résultats de la modélisation avec la même mise en forme que sous Lekan. Cette export permet de créer de belle carte de résultats avec un outils bien plus adapté à la cartographie, mais toujours libre et open sources !

Extension à d’autres solveurs

Si les types de modèles supportés restent aujourd’hui limités que ce soit pour la création ou l’importation, l’infrastructure a été conçue de façon à y intégrer d’autres solveurs. L’objectif est d’étendre les possibilités de création ou d’importations à d’autres modèles, permettant d’élargir la capacité d’interopérabilité de Lekan. En fonction des spécificités d’autres solveurs qui seront intégrés, Lekan étendra ses fonctionnalités de façon générique pour s’adapter aux besoins des modèles.

Pluies spatialisées

C’est l’autre nouvelle fonctionnalité majeure qui vient avec la version 2.3. Les pluies spatialisées sont des valeurs de hauteur/intensité de pluies réparties sur une grille matricielle où chaque pixel possède une valeur de précipitation variable dans le temps. Les données de pluies spatialisées peuvent provenir de radar ou encore de modèle de prévision météorologique.

Dans Lekan 2.3 il est possible d’importer des pluies spatialisées depuis le “gestionnaire de pluie”. Plusieurs formats sont aujourd’hui supportés:

  • format générique GRIB2, l’utilisateur doit préciser la variable à utiliser dans le fichier
  • COMEPHORE, données radar Météo France à pas de temps horaire, fichiers TIF ou GRIB2
  • HEC-DSS, format de l’U.S. Army Corps of Engineers’ Hydrologic Engineering, format aussi supporté pat les célèbres HEC-HMS et HEC-RAS
  • base de données distante AROME de Météo-France, les dernières prévisions de pluies au pas de temps horaires sur l’ensemble de la France et les Outre-Mers

Au niveau des modèles météorologiques, ces pluies spatialisées peuvent ensuite être associées à un bassin versant pour générer un hyétogramme ou à un modèle 2D acceptant ces données en entrée.

Pour la version 2.3, seuls les modèles HEC-RAS acceptent des pluies spatialisée en entrée, cette possibilité n’a pas été implémentée pour TELEMAC 2D, même si ce solveur accepte ce type d’entrée. Cela pourra être le cas dans le future.

Autres améliorations

Cette nouvelle version a également été l’occasion de fixer quelques dysfonctionnement et bugs. La version 2.3 offre ainsi une bien meilleure stabilité pour les fonctionnalités déjà présente pour les versions précédente.

Plusieurs fonctionnalités mineures ont également été ajoutées, comme l’import de tracé de bassin versant depuis une couche vectorielle SIG, l’exportation du tracé de bassin versant de son choix, une liste des projets récent à ouvrir, …

Et ensuite ?

La version 2.3 est le fruit de plusieurs mois de développement. Ce travail effectué ouvre la porte de l’interopérabilité dans le domaine de l’hydrologie et de l’hydraulique de surface. Le découpage de bassin versant et l’estimation de paramètres hydrologiques depuis des modèles numériques de terrain, leur utilisation avec de pluies spatialisées issues de données locales ou distantes, le calcul ou l’import d’hydrogrammes locaux ou issus de base de données distantes et leur injections dans des modèles 2D interconnectés sont d’autant de fonctionnalités qui permettent une interaction entre des données externes et des calculs internes aboutissant à des cartographies des zones inondables exportables.

Cette nouvelle version a demandé certains efforts, surtout du temps. Cette version reste libre d’utilisation et son code ouvert. Si vous appréciez cette version, n’hésitez pas à participer à cet effort, par de la traduction, de l’aide pour la documentation, en parlant autours de vous, ou encore par une aide financière qui serait très appréciée !

Si cette version apporte beaucoup de nouvelles fonctionnalité, elle n’est qu’une ébauche des possibilités imaginables d’interopérabilités et des calculs associés. Il peut en effet être envisager d’étendre les fonctionnalités à l’intégration d’autre méthodes ou modèles hydrologiques basés sur d’autres données tel que l’occupation du sol, le couvert végétales, et pourquoi expérimenter le très à la mode “Deep Learning” pour l’estimation ou la prévision d’hydrogramme de crue…

Du côtés de l’hydraulique, la prise en charge des nuages de points (LIDAR), l’intégration d’autres solveur, l’ajout de fonctionnalité adaptée à leur spécificité et une meilleurs exploitations des résultats des solveur aujourd’hui présent ne pourra qu’accroître l’étendue des possibilités de modalisation et améliorer l’expérience utilisateurs.

Dès à présent, le développement autour de Lekan s’oriente vers une version serveur et également par le développement d’une API Python permettant des utilisations plus avancées, comme par exemple l’automatisation par des scripts de la récupération de données, du paramétrage et de la résolution de modèle hydrologiques/hydrauliques.

L’idée et de permettre la mise en oeuvre de systèmes autonomes, personnalisables et pilotables, par exemple, pour la prévision des crues, le traitement de données automatisées dans la durée, …

Le diagramme ci-contre représente l’organisation sur laquelle un tel système pourrait s’appuyer.

En entrée, le système accède à des base de données de MNT, de pluies, d’occupation du sols, d’hydrométrie…

L’extraction et la standardisation de ces données permettra ensuite un traitement par différents processes/modèles hydrologiques ou hydrauliques. A noter qu’une interface pourra permettre l’intégration de processes externes, qu’il soit open source ou propriétaires.

Les idées de développement ne manquent pas, donc si un ou plusieurs thèmes peuvent vous intéresser dans votre activité, contacter moi ( ) pour savoir comment nous pouvons prioriser et accélérer ensemble ce développement.