Au Québec, chaque année, les inondations printanières présentent un défi majeur pour les autorités québécoises. Ainsi, l'élaboration de nouveaux outils et de nouvelles méthodes pour diffuser et visualiser des données massives spatiotemporelles 3D dynamiques d'inondation est très important afin de mieux comprendre et gérer les risques reliés aux inondations. Cette recherche s'intéresse à la diffusion de données géospatiales massives 3D (modèles de bâtiments 3D, arbres, modèles numériques d'élévation de terrain (MNE), données LiDAR, imageries aériennes, etc.) en relation avec les inondations. Le problème est qu'il n'existe pas, à travers la littérature, des systèmes de diffusion efficaces des données massives 3D adaptées aux besoins de cette recherche. En ce sens, notre objectif général consiste à développer un outil de diffusion des données géospatiales massives 3D qui sont des bâtiments 3D et des modèles de terrains de haute résolution à l'échelle de la province du Québec. Les défis de diffusion du flux de données massives, nous ramènent à considérer la technique de tuilage 3D pour convertir les données brutes en formats et structures vectoriels plus légers et adaptés à la diffusion comme la spécification "3D Tiles" pour tuiler les bâtiments 3D, les nuages de points LiDAR et d'autres modèles géoréférencés 3D et le maillage irrégulier, notamment les TIN, pour tuiler les modèles numériques de terrain. Aussi, l'utilisation des techniques de traitement parallèle permet de gérer efficacement les flux massifs de données et d'améliorer le temps de traitement permettant ainsi la scalabilité et la flexibilité des systèmes existants. A cet effet, deux pipelines de tuilage ont été développés. Le premier pipeline concerne la création des tuiles de bâtiments 3D selon la spécification "3D Tiles". Le deuxième est pour créer des tuiles de terrain basées sur des maillages irréguliers. Ces pipelines sont ensuite intégrés dans un système de traitement distribué basé sur des conteneurs Docker afin de paralléliser les processus de traitements. Afin de tester l'efficacité et la validité du système développé, nous avons testé ce système sur un jeux de données massif d'environ 2.5 millions bâtiments 3D situés au Québec. Ces expérimentations ont permis de valider et de mesurer l'efficacité du système proposé par rapport à sa capacité de se mettre à l'échelle (Scalabilité) pour prendre en charge, efficacement, les flux massifs de données 3D. Ces expérimentations ont aussi permis de mettre en place des démarches d'optimisation permettant une meilleure performance dans la production et la diffusion des tuiles 3D. / Every year, floods present a major challenge for Quebec authorities. Thus, the development of new tools and methods to disseminate and visualize massive 3D dynamic flood data is very important to better understand and manage flood-related risks. This research focuses on the streaming of massive 3D geospatial data (3D building models, trees, digital elevation models (DEM), LiDAR data, aerial imagery, etc.) related to flooding. The problem is that there is no efficient streaming systems in the literature for massive 3D data adapted to the needs of this research. In this sense, our general objective is to develop a tool for the streaming of massive 3D geospatial data which are 3D buildings and high-resolution terrain models at the scale of the province of Quebec. The challenges of streaming massive data lead us to adopt the 3D tiling technique to convert raw data into lighter vector formats and structures suitable for streaming such as the "3D Tiles" specification to tile 3D buildings, LiDAR point clouds and other 3D georeferenced models and irregular meshes, including TIN, to tile digital terrain models. Also, the use of parallel processing techniques allows efficient management of massive data flows and improve processing time allowing the scalability and the flexibility of existing systems. For this purpose, two tiling pipelines have been developed. The first pipeline is for creating 3D building tiles according to the "3D Tiles" specification. The second is for creating terrain tiles based on irregular meshes. These pipelines are then integrated into a distributed processing system based on Docker containers in order to parallelize the treatment processes. To test the efficiency and validity of the developed system, we tested this system on a massive dataset of about 2.5 million 3D buildings located in Quebec. These experiments allowed us to validate and measure the efficiency of the proposed system to be scalable in order to efficiently handle massive 3D data flows. These experiments also allowed to set up optimization approaches allowing a better performance in the production and the streaming of 3D tiles.

La ville de Coaticook, située au sud de l’Estrie, est régulièrement soumise à des inondationsde son centre-ville, que ce soit en période estivale suite à des événements de pluie majeurs, ou en période hivernale suite à des embâcles ou à des épisodes de pluie et fonte de neige cumulés. Sur le territoire de Coaticook se trouve le ruisseau Pratt, cours d’eau principal de l’étude, qui est contenu dans un chenal traversant le centre-ville et cause des dégâts, principalement matériels, en cas de sortie de son lit. L’objectif principal de cette étude porte ainsi sur la réduction du risque relié aux inondations du ruisseau Pratt dans la ville de Coaticook. Pour ce faire, une modélisation hydrologique du bassin versant du ruisseau Pratt a été réalisée, pour comprendre et quantifier l’aléa hydrologique auquel est soumis la municipalité. Diverses méthodes d’atténuation du débit au centre-ville ont été étudiées et comparées afin d’émettre une recommandation finale à la ville, qui se révèle être la construction d’un bassin de rétention à l’amont du centre-ville. Enfin, un système d’alerte précoce préliminaire a été développé sur le ruisseau Pratt afin d’émettre des prévisions de débit basées sur les prévisions météorologiques de divers modèles climatiques pour permettre à la ville d’être prévenue lorsque les simulations prédisent une inondation du centre-ville, aidant de fait à la prise de décision adaptée de la part des autorités et augmentant également le temps alloué pour la préparation d’un tel événement. / The city of Coaticook, located to the south of the Estrie, is regularly subject to floods in its downtown area, whether in the summer due to major rainfalls, or in the winter due to icejams or combined rainfall-snow melt events. The Pratt River, main waterway of the study, is part of Coaticook’s territory. It is contained in a channel going through the city centre and is causing mainly material damages in case of overflow.Thus, the reduction of Pratt river’s flood-relied risk in the city of Coaticook represents the main goal of this study. To achieve so, a hydrologic model of Pratt river’s watershed was made, making it possible in a second step to understand and quantify the hydrologic hazard to which the town is subject. Multiple mitigation measures were studied and compared in order to be able to issue a final recommandation to the Town on which proposition to prioritize, which will finally be the construction of a retention pond upstream of the city centre. Lastly, a preliminary Early Warning System was developed on the Pratt River so as to be able to issue flow forecasts based on meteorological forecasts from a couple of climatic models, allowing the city to be warned when simulations indicate a flood downtown, helping to make appropriate decisions for the town authorities and to allocate more time for the preparation of such an event.

Compte tenu de la fréquence élevée et de l'impact majeur des inondations, les décideurs, les acteurs des municipalités et le ministère de la sécurité publique ont un besoin urgent de disposer d'outils permettant de prédire ou d'évaluer l'importance des inondations et leur impact sur la population. D'après les statistiques, le premier étage des bâtiments, ainsi que les ouvertures inférieures, sont plus susceptibles de subir des dommages lors d'une inondation. Ainsi, dans le cadre de l'évaluation de l'impact des inondations, il serait nécessaire d'identifier l'emplacement de l'ouverture la plus basse des bâtiments et surtout sa hauteur par rapport au sol. Le système de balayage laser mobile (MLS) monté sur un véhicule s'est avéré être l'une des sources les plus fiables pour caractériser les bâtiments. Il peut produire des millions de points géoréférencés en 3D avec un niveau de détail suffisant, grâce à son point de vue depuis la rue et sa proximité. De plus, l'augmentation du nombre de jeux de données, issues des MLS acquis dans les villes et les environnements ruraux, permet de développer des approches pour caractériser les maisons résidentielles à l'échelle provinciale. Plusieurs défis sont associés à l'extraction d'informations descriptives des façades de bâtiments à l'aide de données MLS. Ainsi, les occlusions devant une façade rendent impossible l'obtention de points 3D sur ces parties de la façade. Aussi, comme les fenêtres sont principalement constituées de verre, qui ne réfléchit pas les signaux laser, les points disponibles pour celles-ci sont généralement limités. De plus, les approches de détection exploitent la répétitivité et les positions symétriques des ouvertures sur la façade. Mais ces caractéristiques sont absentes pour des maisons rurales et résidentielles. Finalement, la variabilité de la densité de points dans les données MLS rend difficile le processus de détection lorsqu'on travaille à l'échelle d'une ville. Par conséquent, l'objectif principal de cette recherche est de concevoir et de développer une approche globale d'extraction efficace des ouvertures présentes sur une façade. La solution proposée se compose de trois phases: l'extraction des façades, la détection des ouvertures et l'identification des occlusions. La première phase utilise une approche de segmentation adaptative par croissance de régions pour extraire la boîte englobante 3D de la façade. La deuxième phase combine la détection de trous avec une technique de maillage pour extraire les boîtes englobantes 2D des ouvertures. La dernière phase, qui vise à discriminer les occlusions des ouvertures, est en cours d'achèvement. Des évaluations qualitatives et quantitatives ont été réalisées à l'aide d'un jeu de données réelles, fourni par Jakarto Cartographie 3D Inc., de la province de Québec, au Canada. Les statistiques ont révélé que l'approche proposée pouvait obtenir de bons taux de performance malgré la complexité du jeu de données, représentatif des données acquises en situation réelle. Les défis concernant l'auto-occlusion de certaines façades et la présence de grandes occlusions environnantes seront à étudier plus en profondeur afin d'obtenir des informations plus précises sur les ouvertures des façades. / Given the high frequency and major impact of floods, decision-makers, stakeholders in municipalities and public security ministry are in the urgent need to have tools allowing to predict or assess the significance of flood events and their impact on the population. Based on statistics, the first floor of the buildings, as well as the lower openings, are more likely subject to potential damage during a flood event. Thus, in the context of flood impact assessment, it would be required identifying the location of the buildings' lowest opening and especially its height above the ground. The capacity to characterize building with a relevant level of detail depends on the data sources used for the modeling. Different sources of data have been employed to characterize buildings' façade and openings. Mobile Laser Scanning (MLS) system mounted on a vehicle has proved to be one of the most reliable sources in this domain. It can produce millions of 3D georeferenced points with sufficient level of detail of the building facades and its openings, due to its street-view and close-range distance. Moreover, the increase of MLS providers and acquisitions in towns and rural environments, makes it possible to develop approaches to characterize residential houses at a provincial scale. Although being effective, several challenges are associated with extracting descriptive information of building facades using MLS data. The presence of occlusion in front of a facade makes it impossible to obtain the 3D points of the covered parts of the facade. Given the fact that windows mostly consist of glass and laser signals could not be reflected from the glass, limited points are usually available for windows. While the repetitive pattern and symmetrical positions of the openings on the facade makes it easier for the detection system to extract them, this characteristic is missing on the facade on rural and residential houses. The inconsistency of the point density in MLS data make the detection process even harder when working at city scale. Accordingly, the main objective of this research is to design and develop a comprehensive approach that effectively extracts facade openings. In order to meet the research project objective, the proposed solution consists of three phases including facade extraction, opening detection, and occlusion recognition. The first phase employs an adaptive region growing segmentation approach to extract the 3D bounding box of the facade. The second phase combines a hole-based assumption with an XZ gridding technique to extract 2D bounding boxes of the openings. The last phase which recognizes holes related to the occlusion from the openings is currently being completed. Qualitative and quantitative evaluations were performed using a real-word dataset provided by Jakarto Cartographie 3D inc. of the Quebec Province, Canada. Statistics revealed that the proposed approach could obtain good performance rates despite the complexity of the dataset, representative of the data acquired in real situations. Challenges regarding facade's self-occlusion and the presence of large surrounding occlusions should be further investigated for obtaining more accurate opening information on the facade.

Titre de l'écran-titre (visionné le 25 septembre 2023) / Les inondations sont une préoccupation majeure avec un potentiel de risques importants pour la sécurité publique ainsi qu'un impact économique et social négatif. Pour développer un modèle hydrodynamique permettant de cartographier et d'évaluer les risques d'inondation, un modèle d'élévation est un élément essentiel. La grande disponibilité de données de télédétection multisources facilite la création d'un modèle numérique d'élévation topo-bathymétrique (TBDEM). Cependant, il peut être très difficile de créer un modèle d'élévation à haute résolution homogène adapté à la cartographie des inondations en raison des divergences entre les données topographiques et bathymétriques causées par des changements temporels, des systèmes de référence horizontaux et verticaux différents, et des différences significatives en termes de résolution, incertitude et zone de couverture. Cette étude présente une méthodologie qui élargit les études précédentes axées sur la cartographie côtière à basse résolution en résolvant les différences spatiales et temporelles des jeux de données multisources tout en maintenant l'intégrité de la morphologie des berges et de l'environnement proche du rivage. Ceci est réalisé en appliquant une nouvelle méthodologie de fusion qui est mieux adaptée aux sources de données en jeu. Une méthode de moindre coût est appliquée aux données topographiques alors qu'une méthode de feathering est appliquée aux données bathymétriques. Pour ce qui est de la zone intermédiaire à l'interface de la terre et de l'eau, des transects sont utilisés pour interpoler entre les données manquantes afin de garantir l'intégrité du littoral. Enfin, une méthode de krigeage empirique bayésien appliqué à l'ensemble des données permet de produire une surface sans discontinuité accompagnée d'une surface d'erreur pour analyser l'incertitude en chaque point du modèle. Des données LiDAR aéroporté ainsi que des données de bathymétrie multifaisceau de la section supérieure du fleuve Saint-Laurent au Québec, Canada ont été combinées en utilisant la méthodologie proposée. Le TBDEM produit dans cette étude constitue une meilleure représentation que les modèles précédents et minimise l'erreur dans les données. La capacité de ce TBDEM à être plus performant que les modèles précédents dans les simulations hydrodynamiques sera testée dans des études futures en utilisant des événements de crue enregistrés précédemment. / Flooding is a major concern with potential for significant risks to public safety as well as a negative economic and social impact. To develop a hydrodynamic model to map and assess flooding risks, a single elevation model is a critical component. The wide availability of multisource remotely sensed data facilitates the creation of a Topo-Bathymetric Digital Elevation Model (TBDEM). However, it can be very challenging to create a seamless high resolution elevation model suited for inundation mapping due to discrepancies between remotely sensed topographic and bathymetric data caused by temporal changes, differing horizontal and vertical reference systems, resolution, incertitude, and coverage area. This study presents a methodology that expands on previous studies focused on low resolution coastal mapping by resolving spatial and temporal differences from multisource data sets while maintaining the integrity of the channel morphology and the near shore environment. This is achieved by applying a novel fusion methodology that is best suited for the data source. A least cost method is applied to the topographic data sources and a feathering method for bathymetric data, while, as for the intermediate region, transects are used to interpolate between missing data to ensure the integrity of the shoreline. Finally Empirical Bayesian Kriging applied to the entire dataset helps produce a seamless surface accompanied with an error surface to analyze the incertitude at each point of the model. Airborne Lidar data as well as Multibeam bathymetry data from the upper section of the Saint-Lawrence River in Quebec, Canada were combined using the methodology proposed. The TBDEM produced in this study is a better representation than previous models and minimizes the error in the data points. This TBDEM's ability to perform better than previous models in hydrodynamic simulations will be tested in future studies using previously recorded flood events.

Les changements attendus dans le climat, dont l'augmentation de l'intensité des événements extrêmes, risquent d'entraîner une diminution du niveau de service des réseaux de drainage. Dès lors, des mesures d'adaptation doivent être mises en place afin de maintenir un niveau de service acceptable en climat futur dans un contexte de changements climatiques. Dans cette étude, le climat futur a été modélisé en considérant une augmentation de 15% de l'intensité des pluies de conception de type SEA et triangulaire pour les périodes de retour 2, 5, 10 et 20 ans à l'horizon 2040 - 2070. Le présent mémoire rend compte des résultats de simulation, à l'aide du logiciel SWMM 5.0, concernant l'évolution des performances en climat futur de deux secteurs urbains (un réseau unitaire et un réseau pluvial) par différents indices soit les indices inondation, infiltration, volume de surverse et volume à l'usine pour le réseau unitaire et les indices inondation, infiltration, ruissellement et débit de pointe à l'exutoire pour le réseau pluvial. Les résultats ont montré, pour le réseau unitaire, une augmentation des volumes de surverse pour toutes les périodes de retour en climat futur (par exemple, une augmentation de 19% a été notée pour une pluie de récurrence 10 ans). La mise en place de mesures d'adaptation sur ce réseau, telles le contrôle à la source et la rétention, a ensuite été analysée et a montré son efficacité dans l'amélioration des performances. Ainsi, les mesures de contrôle à la source se sont révélées efficaces pour des périodes de retour 2 ans et complémentaires au bassin de rétention en permettant une réduction de 7% de son volume de conception. Par ailleurs, il a été démontré qu'une faible capacité de traitement de l'usine ne permettait pas aux mesures de rétention de montrer leur plein potentiel. Pour le réseau pluvial, les changements climatiques se sont avérés avoir un impact plus important sur le débit de pointe que les conditions antérieures d'humidité.

Les «Niayes», zones humides côtières du Sénégal constituent des écosystèmes fragiles, richesen biodiversité tout en étant traditionnellement des zones de maraîchage dans unenvironnement sahélien. La grande sécheresse des années 1970 qui a frappé l’ensemble despays du Sahel, s’est répercutée sur les Niayes par un afflux de populations rurales venant del’intérieur du pays pour y trouver des moyens de subsistance. Outre la sécheresse, cettemigration massive a considérablement augmenté la pression foncière et engendré à la fois uneurbanisation mal maîtrisée, notamment autour des grandes agglomérations, et une mise envaleur agricole; les deux portant atteinte à la valeur environnementale de ces écosystèmescôtiers. Depuis quelques années, on assiste à des hivernages particulièrement pluvieux. Ceretour pluviométrique intervenant dans des zones urbanisées de façon anarchique provoquedes inondations accompagnées de conditions sanitaires précaires pour les populations les plusdéfavorisées. A la variabilité pluviométrique, risque d’apparence naturel, s’joutent desfacteurs de risques anthropiques comme l’aménagement du territoire non maîtrisé, le nonrespectdu cadre réglementaire, diverses pollutions d’origine agricole et industrielle.Cette thèse, après avoir introduit la notion de zone humide et avoir présenté les Niayes de laGrande Côte en général et des trois zones d’étude focus (Pikine, banlieue de Dakar ; Mboro,région de Thiès; Saint-Louis), retrace leurs problèmes environnementaux et les différentespolitiques d’environnement. L’évolution de l’occupation du sol des Niayes est étudiée parrecours à l’imagerie satellitale pour la période 1986-2010 pour la confronter à la gestion deces écosystèmes sensibles et s’interroger sur la pertinence des politiques mises en place dansun esprit de développement durable. / The “Niayes”, coastal wetlands of Senegal, constitute fragile ecosystems that are rich inbiodiversity while traditionally being gardening areas in the “Sahelien” environment. The bigdrought of the 1970s that struck all the Sahel countries also affected the “Niayes” by an influxof rural populations coming from inside the country in search of livelihood. Besides theextreme drought, mass migration considerably increased the proprietary pressure and at thesame time generated an uncontrolled urbanization, especially around the big agglomerationsand agricultural development: both of them undermine the environmental value of thesecoastal ecosystems. In recent years, we have witnessed particularly rainy seasons. This returneof rainfall involved in urbanized areas causes flooding, accompanied by precarious sanitaryconditions for the most unprivileged populations. The rainfall variability, risk of naturalappearance, is added to anthropogenic risk factors such as the non-mastered regionalplanning, the failure of the regulatory framework, and the pollution from various agriculturaland industrial sources.This thesis, after having introduced the concept of wet zones and having presented the Niayesof the Great Coast in general, and of the three study areas (Pikine, outskirts of Dakar; Mboro,Thies region; and Saint-Louis) in particular, traces their environmental problems and variouspolitical differences. Land use of the Niayes is analysed by using remote sensing data for theperiod 1986-2010 to confront its evolution to the management of the sensible ecosystems andquestion the relevance of the implemented politics in the spirit of sustainable development.

Submitted by LINDBERG NASCIMENTO JÚNIOR (juniohr@gmail.com) on 2018-05-30T15:41:15Z No. of bitstreams: 1 Lindberg Júnior_TESE.pdf: 16570476 bytes, checksum: 513b332e8811648289b77d07cd85e9eb (MD5) / Rejected by ALESSANDRA KUBA OSHIRO ASSUNÇÃO (alessandra@fct.unesp.br), reason: Solicitamos que realize correções na submissão seguindo as orientações abaixo: - Arrumar ordem das páginas pré-textuais seguindo a norma ABNT NBR 14724:2011 (Folha de rosto; Ficha catalográfica (verso da folha de rosto na versão impressa); Folha de aprovação; Dedicatória; Agradecimentos; Epígrafe; Resumo na língua vernácula; Resumo em língua estrangeira; Lista de ilustrações; Lista de tabelas; Lista de abreviaturas e siglas; Lista de símbolos; Sumário) - A ficha catalográfica deve ser revisada por um bibliotecário. Entrar no site da biblioteca para saber como proceder (http://www.fct.unesp.br/#!/biblioteca2340/servicos/elaboracao-de-ficha-catalografica/). Agradecemos a compreensão. on 2018-05-30T17:54:56Z (GMT) / Submitted by LINDBERG NASCIMENTO JÚNIOR (juniohr@gmail.com) on 2018-05-30T19:07:26Z No. of bitstreams: 1 Lindberg Junior_TESE.pdf: 18151655 bytes, checksum: 00da5babb2fac365e1672343c6b11cc6 (MD5) / Approved for entry into archive by ALESSANDRA KUBA OSHIRO ASSUNÇÃO (alessandra@fct.unesp.br) on 2018-05-30T19:57:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 nascimentojunior_l_dr_prud.pdf: 18151655 bytes, checksum: 00da5babb2fac365e1672343c6b11cc6 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-30T19:57:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 nascimentojunior_l_dr_prud.pdf: 18151655 bytes, checksum: 00da5babb2fac365e1672343c6b11cc6 (MD5) Previous issue date: 2018-03-16 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / L'étude était basée sur le Système Climat Urbain articulé dans l'approche de la Géographie du Climat. Il a été développé par des processus comparatifs des climats urbains de Santos au Brésil, Maputo au Mozambique et Brisbane en Australie. Les trois villes sont situées dans les régions tropicales côtières du Hémisphère Sud, situé au sud du tropique du Capricorne, et positionnés dans les secteures l'Est de chaque pays. Ils ont eu un régime pluviométrique tropical, présent des occurrences d'inondations enregistrées annuelemnt et sont situés dans pays avec différents moment de développement inégal et combiné. Ainsi que l'objectif est d'étudier la constitution des climats urbains dans la même domaine climatique et avec différents moments de développement. En ce sens, les impacts des précipitations sur les villes ne sont pas considérés comme un phénomène climatique défavorable. Sinon, c'est l'un des phénomènes du climat urbain, un problème géographique classique qui est ancré dans les structure sociospatiales. La recherche a été organisée dans: l'analyse de la variabilité mensuelle et interannuelle des précipitations sur la période de 1951 à 2015; l'identification des systèmes de précipitations dans le monde tropical et dans les secteurs côtiers; cartes géotechniques caractérisant le site urbain et la susceptibilité aux inondations; l'élaboration d'indices de vulnérabilité aux catastrophes naturelles; et la géographie historique de l'urbanisation. L’analize comparative offres des moments de égalisation comme occupation des zones écologiquement fragiles et naturellement sensibles aux catastrophes, et de différenciation a partir du processus de vulnérabilizaton sociospatiale. Ces caractéristiques favorisent l'hétérogénéisation des climats urbains, les valorisant comme privés, puisque les aléas naturels sont relativisés par la sélectivité socio-spatiale des impacts. De cette manière, les processus sociospatiaux s'associent aux formes de contenu et aux spatiotemporalités de soutien. D'atténuation et de dépassement des risques résultant des climats urbains construits dans des lieux et des pays à différents moments de développement inégal et combiné. Organisé par l'expérience historique des lieux, le clima urbant est produit de la connaissance de la dynamique naturelle le quel a été favorisée par des interventions technico-scientifiques cumulatives et un contrôle des inondations pour le maintien et la reproduction des rapports sociaux de production de la nature. / O estudo foi baseado no Sistema do Clima Urbano articulado na abordagem da Geografia do Clima e desenvolvido por processos comparativos dos climas urbanos de Santos, no Brasil, Maputo, em Moçambique, e Brisbane, na Austrália. As três cidades estão situadas em ambientes tropicais costeiros do Hemisfério Sul, localizadas ao sul do Trópico de Capricórnio e posicionadas nos setores leste de cada país. Todas elas apresentam regime pluviométrico de clima tropical, situam-se em países em diferentes momentos do desenvolvimento desigual e combinado e apresentam anualmente registros de ocorrências de inundações e alagamentos. O objetivo foi investigar a constituição de climas urbanos que estão inseridos no mesmo domínio climático sob diferentes momentos do desenvolvimento. Neste sentido, os impactos das chuvas nas cidades não são vistos como manifestação climática adversa, de outro modo, a chuva é um dos fenômenos do clima urbano, um problema geográfico clássico que é incorporado nas tessituras socioespaciais que qualifica o fenômeno climático em risco climático. A pesquisa foi organizada com base em: análises da variabilidade mensal, sazonal e interanual da precipitação no período de 1951 a 2015; identificação de sistemas produtores de chuva no mundo tropical e nos setores costeiros; cartas geotécnicas de caracterização do sítio urbano e da susceptibilidade a inundações; elaboração de índices de vulnerabilidade a desastres naturais; e na geografia histórica da urbanização. A análise comparada oferece o encontro de similaridades e diferenças que organizam a interpretação da produção do espaço urbano em ocupação de áreas ambientalmente frágeis e naturalmente suscetíveis a desastres e processos de vulnerabilização das populações. Essas características promovem a particularização dos climas urbanos, já que os perigos naturais são relativizados pela seletividade dos processos socioespaciais que organizam os impactos em formas-conteúdo e espaçotemporalidades distintas de suporte, mitigação e superação dos riscos. Assim, devido a experiência histórica dos lugares, o clima urbano é resultado do conhecimento da dinâmica natural promovido pelas cumulativas intervenções técnico-científicas e controle das inundações para manutenção e reprodução das relações sociais de produção, que tem o Estado, o principal agente de consolidação e legitimação desses processos em espaço urbano. / Based on the Urban Climate System articulated in approach to Geography of Climate this study had developed by comparative processes between the urban climates of Santos - Brazil, Maputo - Mozambique and Brisbane - Australia. The three cities are located in Southern Hemisphere, located in the south of Tropic of Capricorn, and positioned in eastern sectors of each country. The three cities shows the rainfall patterns of tropical climate and occurrences of floods registered annually and located in counties on different moments of uneven and combined development. The objective was to investigate the constitution of urban climates at the same climatic domain witth different moments of development. That is why the rainfall impacts on the cities are not seen as an adverse climatic event. Otherwise, it is a phenomena of the urban climate, a classical geographical problem that embodied in sociospatial structure. The research was organized with: precipitation monthly and interannual variability analysis from 1951 to 2015; identification of sinoptic systems in the tropical world and coastal sectors; characterization of urban structure and susceptibility to floods; elaboration if social vulnerability index to natural disasters; historical geography of urbanization analysis. Ther comparative analisys offers a equalization moments of occupation of environmentally fragile areas and naturally susceptible to disasters, and differentiation moments as processes of sociospatial vulnerabilization. These characteristics shows a particularity of urban climates by relativization of natural hazards and the sociospatial selectivity of impacts. In this way, sociospatial conditions and processes for vulnerability to natural hazards are associated with spatiotemporalities forms and support of mitigation and overcoming risks. The result is a urban climates built in places and countries at different times of the development. This is organized by the historical experience of the places, the urban climat is a product of knowledge about the natural dynamics that was promoted by cumulative technical-scientific interventions and flood control, for maintenance and reproduction of social relations of production of nature.

Les deux principales approches de modélisation des inondations en milieu urbain sont l'approche unidimensionnelle et l'approche bidimensionnelle. La modélisation bidimensionnelle fournit à priori une représentation plus réaliste des phénomènes que la modélisation unidimensionnelle, mais reste difficilement utilisable en pratique sur des secteurs de grande superficie. En effet, la variabilité de la géométrie urbaine implique des coûts de maillage et des temps de calcul prohibitifs, ainsi que des besoins en données considérables. Cette thèse de doctorat a pour objet l'étude de formulations alternatives à la modélisation bidimensionnelle classique.<br />Dans une première partie, on cherche à représenter un carrefour par une relation de répartition des débits, destinée à être intégrée dans un modèle unidimensionnel. Une relation conceptuelle a été couplée avec un modèle unidimensionnel utilisant l'approximation de l'onde cinématique pour simuler l'inondation du quartier Richelieu à Nîmes. Une relation empirique de répartition a été développée pour des carrefours à quatre branches à partir de simulations numériques bidimensionnelles.<br />La deuxième partie de la thèse porte sur la modélisation bidimensionnelle macroscopique. Cette approche consiste à décrire la zone urbaine à grande échelle par des propriétés statistiques telles que la porosité. Des zones urbaines de grande étendue peuvent ainsi être maillées de façon relativement grossière, ce qui contribue à réduire considérablement les temps de calcul. Un tenseur de pertes de charge singulières a été introduit pour représenter l'influence des singularités urbaines. Sa formulation a été développée à partir de simulations bidimensionnelles sur des réseaux de rues synthétiques. La modélisation macroscopique a été validée sur des cas-tests expérimentaux faisant appel à des modèles réduits et donne des résultats satisfaisants.<br />En parallèle, un solveur de Riemann d'état approché a été développé pour les équations de propagation classiques. Les invariants de Riemann sont exprimés en fonction des flux en tenant compte des termes source, ce qui permet un calcul direct des flux aux interfaces entre cellules. Divers cas-tests numériques montrent une nette amélioration par rapport aux solveurs classiques tel que le solveur HLL/HLLC.

En raison de leur caractère torrentiel, les « crues rapides » qui apparaissent en périodes printanière et estivale dans les régions du nord de la France constituent aujourd'hui la forme la plus originale et la plus dangereuse des inondations rencontrées dans ces régions. Le poids des activités humaines dans le fonctionnement de ces crises hydrologiques est incontestable. Ces crues turbides prennent naissance sur des territoires agricoles où les espaces cultivés ne cessent de se développer. L'urbanisation croissante et la place du réseau routier dans les axes majeurs d'écoulement aggravent la rapidité des flux et la vulnérabilité des biens et des personnes. Afin d'améliorer la connaissance sur ces événements, un inventaire a été réalisé à partir des dossiers « CatNat ». L'approche comparative menée sur les 189 bassins versants recensés (1983-2005) a permis de faire ressortir l'influence de la morphologie à différentes échelles. La vitesse de concentration de l'écoulement rapide est principalement liée à la combinaison entre le système de pentes, l'organisation des réseaux de talwegs et la forme des bassins versants. Il n'existait cependant aucune méthode permettant de mesurer, de manière synthétique et continue, le rôle de cette composante sur la dynamique hydrologique d'un bassin versant. Les approches quantitatives se sont limitées à des mesures séparées des composantes morphologiques (indices de compacité, rapport de confluence d'Horton, courbe hypsométrique...). En s'appuyant sur la théorie des systèmes complexes, et en particulier sur les automates cellulaires, il a été possible de développer des méthodes permettant de quantifier l'efficacité de la structuration en trois dimensions du « bassin versant ». L'adaptation de ces nouvelles méthodes d'analyse spatiale, encore peu employées en géomorphologie, nécessitera une réflexion sur la validité des outils et la pertinence des<br />résultats en réintégrant progressivement les autres variables de l'hydrosystème. Tous ces résultats aboutissent à la réalisation de différentes cartes de sensibilité dans ces régions du nord de la France.

L'analyse de sensibilité globale basée sur la variance permet de hiérarchiser les sources d'incertitude présentes dans un modèle numérique et d'identifier celles qui contribuent le plus à la variabilité de la sortie du modèle. Ce type d'analyse peine à se développer dans les sciences de la Terre et de l'Environnement, en partie à cause de la dimension spatiale de nombreux modèles numériques, dont les variables d'entrée et/ou de sortie peuvent être des données distribuées dans l'espace. Le travail de thèse réalisé a pour ambition de montrer comment l'analyse de sensibilité globale peut être adaptée pour tenir compte des spécificités de ces modèles numériques spatialisés, notamment la dépendance spatiale dans les données d'entrée et les questions liées au changement d'échelle spatiale. Ce travail s'appuie sur une étude de cas approfondie du code NOE, qui est un modèle numérique spatialisé d'analyse coût-bénéfice de projets de prévention du risque d'inondation. On s'intéresse dans un premier temps à l'estimation d'indices de sensibilité associés à des variables d'entrée spatialisées. L'approche retenue du " map labelling " permet de rendre compte de l'auto-corrélation spatiale de ces variables et d'étudier son impact sur la sortie du modèle. On explore ensuite le lien entre la notion d'" échelle " et l'analyse de sensibilité de modèles spatialisés. On propose de définir les indices de sensibilité " zonaux " et " ponctuels " pour mettre en évidence l'impact du support spatial de la sortie d'un modèle sur la hiérarchisation des sources d'incertitude. On établit ensuite, sous certaines conditions, des propriétés formelles de ces indices de sensibilité. Ces résultats montrent notamment que l'indice de sensibilité zonal d'une variable d'entrée spatialisée diminue à mesure que s'agrandit le support spatial sur lequel est agrégée la sortie du modèle. L'application au modèle NOE des méthodologies développées se révèle riche en enseignements pour une meilleure prise en compte des incertitudes dans les modèles d'analyse coût-bénéfice des projets de prévention du risque d'inondation.