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Objectifs des modèles d'assainissement pluvial

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GENERALITES SUR LA NATURE ET L'UTILISATION DES MODELES DE RUISSELLEMENT EN MILIEU URBAIN

2.1.2 Objectifs des modèles d'assainissement pluvial

Les modèles d'assainissement pluvial, et plus généralement les modèles de transformation de la pluie en débit, peuvent être considérés comme des outils permettant de connaître les distributions spatiales et temporelles des écoulements. Ils sont censés, sous leur forme la plus élaborée, répondre à la triple question que se pose l'hydrologue: "L'écoulement, où, quand, et commentT',

Par rapport àun point donné, on considérera le système appelé bassin versant, qui régit les mécanismes de la transformation de la pluie reçue sur la surface correspondante en débit écoulé au point considéré. L'étude de cette transformation peut être résumée en 3 étapes distinctes (Desbordes, 1984), nécessitant de considérer (figure 2-1) :

les précipitations, leurs caractéristiques ponctuelles et leurs variations spatiales sur le bassin,

le ruissellement sur des surfaces réceptrices élémentaires, ou bassins élémentaires, que nous étudierons plus particulièrement dans le cadre de notre étude,

la propagation de l'écoulement dans le réseau de drainage, pris dans le sens où il représente à l'échelle du bassin versant un milieu continu pouvant obéir aux lois de l'hydraulique.

. Chacune de ces étapes conduit àdes modèles différents, dont l'assemblage permet ensuite de résoudre les problèmes de dimensionnement des ouvrages de drainage des eaux pluviales.

Phénomènes pluviométriques

Figure 2-1 : Décomposition des étapes de la transformation pluie-débit

Première partie 41

j

Ruissellement

t

Ecoulement en réseau

Chapitre 2

Les caractéristiques d'un modèle de ruissellement dépendent elles-mêmes de la conception de l'ouvrage, de ses tolérances de fonctionnement et bien évidemment, du bassin versant situé en amont de l'ouvrage. Ces caractéristiques font donc intervenir des choix, parmi lesquels nous citerons:

le choix des variables à reconstituer:

ce choix peut se limiter à la seule connaissance des débits de pointe de crue contre lesquels on veut se protéger pour un aménagement local. Cet objectif apparaît en revanche insuffisant si l'on veut prendre en compte la totalité du réseau de drainage, ou introduire dans ce réseau des ouvrages de rétention de l'écoulement, dont le fonctionnement requiert une connaissance approfondie de la dynamique et de la chronologie des crues. Pour ces objectifs, ilconvient de reconstituer la totalité de l'hydrogramme de crue et sa distribution dans le temps.

le choix des événements à reconstituer:

les conditions de ruissellement variant éventuellement en fonction des caractéristiques des événements pluvieux, on pourra ne s'intéresser qu'à une partie d'entre eux, en fonction de l'impact qu'ils sont jugés avoir sur le fonctionnement des ouvrages. Pour des ouvrages de rétention, pour lesquelsil est nécessaire de préciser l'état initial de remplissage, on s'attachera à reconstituer l'intégralité de la chronique des événements.

le choix des concepts:

les concepts qui interviennent dans les modèles définissent la nature et la formalisation des mécanismes régissant la transformation de la pluie en débit en amont des ouvrages. Cette transformation est séparée le plus souvent en deux étapes distinctes:

une première étape consistant à transformer la pluie brute en pluie nette, disponible pour le ruissellement. Cette transformation est appelée fonction de production du modèle.

une deuxième étape réalisant la transformation de la pluie nette en débit, appelée fonction de transfert.

A chacune de ces deux étapes sont associés d'autres concepts définissant les variables explicatives du phénomène étudié et leurs relations avec les variables expliquées. Ces relations

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sont non seulement influencées par ces différentes variables, mais aussi par le choix des échelles d'espace et de temps pour lesquelles on veut modéliser le phénomène.

le choix d'une échelle d'espace:

les facteurs et les mécanismes de transformation de la pluie en débit sont rarement homogènes dans l'espace, qu'il s'agisse par exemple des précipitations, des caractéristiques des états de surface ou du réseau de drainage. Ces hétérogénéités sont des éléments très limitants dans l'adéquation des concepts qui, dans leur très grande majorité, reposent explicitement ou implicitement sur la continuité des processus hydrologiques et des milieux dans lesquels ils se manifestent, ou dont les formulations s'inspirent de langages traduisant mal ces hétérogénéités.

Dans ces conditions, le choix de l'échelle d'espace associée à la transformation étudiée correspond généralement au choix d'une unité spatiale:

soit suffisamment homogène du point de vue de l'ensemble des caractéristiques intervenant dans la transformation

soit réalisant un lissage suffisant pour intégrer l'ensemble des discontinuités à l'échelle de cette unité.

le choix d'une échelle de temps:

les bassins urbains possèdent des superficies généralement réduites. Même si ces superficies dépassent parfois une centaine de kilomètres carrés dans le cas des plus grandes villes, les échelles d'espace les plus couramment utilisées pour analyser leur fonctionnement varient de quelques dizaines à quelques milliers d'hectares. Dans ces conditions, la réponse du bassin à une précipitation est très influencée par la chronologie et la distribution des intensités. Les hydrologues s'accordent à étudier la dynamique des crues en utilisant une discrétisation basée sur un pas de temps de 5, voire 2,5 minutes.

le choix de la finalité du modèle:

la mise au point d'un modèle correspond à diverses finalités qui interviennent directement sur les concepts utilisés. On considérera par exemple le modèle comme un outil d'analyse capable d'identifier les facteurs explicatifs du ruissellement, et/ou comme un outil de simulation destiné à être appliqué en dehors du domaine pour lequel il a été mis au point. Ces deux aspects complémentaires s'appuient chacun sur des techniques d'analyse différentes:

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la confrontation entre valeurs observées et valeurs calculées par le modèle,

à desfias de reproduction, les paramètres mis en jeu par ces hypothèses doivent pouvoir être reliés à des fonctions caractéristiques mesurables de l'environnement physico-c1imatique du phénomène.

La conjonction de ces deux approches constituent une limitation de la sophistication des concepts utilisés, en fonction des moyens métrologiques disponibles pour mesurer les références expérimentales auxquelles on souhaite relier les paramètres du modèle. Cette conjonction est néanmoins indispensable en milieu urbain, où l'on ne peut envisager de procéderà une campagne de mesures de ruissellement pour chacun des ouvrages prévus.

Tous ces aspects conduisent à une liste non exhaustive des caractéristiques interdépendantes qui doivent être soigneusement étudiées pour créer un modèle adapté à la réalisation d'un objectif fixé, avec une précision donnée. Chaque type d'application, chaque environnement physico-climatique nécessite d'élaborer suivant ces principes généraux des modèles adaptés. Nous indiquons ainsi dans le paragraphe suivant les principaux modèles qui ont été conçus pour répondre aux problèmes de drainage des eaux pluviales dans les .villes des pays industrialisés.

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2.2 NATIJRE ET EVOLUTION DES MODELES DE RUISSELLEMENT

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