111- Le milieu urbain vu par l'eau
III- C.2. Des simplifications possibles dans la modélisation des phénomènes
III-CI.c. Occupation de l'espace: variabilité inter-quartiers et variabilité intra-quartiers.
Ces quartiers se distinguent la plupart du temps par leur occupation de l'espace urbain. Ainsi les quartiers des centres villes anciens ou les quartiers voisins sont généralement très denses et présentent souvent un système de voies étroites. Le tissu des zones commerciales ou industrielles récentes situées en périphérie des villes est généralement très lâche, une grande partie de l'espace étant réservée aux parkings. Les quartiers résidentiels comportent fréquemment une bonne proportion d'espace verts qu'ils soient collectifs ou privés...
L'occupation de l'espace à l'intérieur d'un même quartier est enfin souvent homogène et l'on retrouve fréquemment le même type de bâtiments, de propriétéset la même organisation des voies et des habitations. Ces différentes caractéristiques sont d'ailleurs souvent imprégnées par les modes urbanistiques en vigueur ou marquées par les traditions culturelles locales. Pour les quartiers résidentiels individuels, on pourra distinguer par exemple les traditions anglo-saxonnes privilégiant les propriétés ouvertes, des traditions latines ou musulmanes préférant les propriétés privées fortement isolées des propriétés voisineset du monde extérieur en général.
TI est de ce fait en général possible de déterminer pour une ville donnée une typologie de l'urbanisation. Elle peutêtretrès variable suivant la taille de la ville décriteet suivant sa localisation géographique. fi n'existe pas ànotre connaissance de synthèse de ces différentes typologies. fi n'est pas rare cependant que pour une ville donnée une telle typologie soit disponible. Elle aura pu être établie lors d'une étude d'urbanisme ou lors d'une étude toutautrecomme par exemple celle effectuée par Le Barbé pour Ouagadougou(LeBarbé 1980) (étude sur le ruissellement urbain).
10° 10' 102 103 10" 106 lenglh (m)
.
100 YIS
li
108 1 yr
107
1 mon
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1 d 105
10"
1 h
103
102 1 min
10'
lm 10m loom 1 km 10km 100 km 1000 km 10000 km
Fig.3: Echelles de temps et d'espace des différents processus hydrologiques (in Bllischl et Sivapalan 1996).
temps\longueurs dm hm km 10km 100km
seconde bâtiment
Tableau 1 : Echelles de temps et d'espace pour différents objets hydrologiques urbains (in Creutin et al. 1997).
III-C2.h. Les zonesà fonctionnement essentiellement hydrologique.
L'apparition de débits importants engendrant des débordements résulte de la concentration d'une quantité suffisante d'écoulements superficiels. Les parties amont des bassins versants ne sont donc en principe pas touchées par de telles inondations et peuvent n'être intégrées dans la modélisation des inondations d'un secteur urbain que du point de vue hydrologique.
La taille de telles unités spatiales urbaines àfonctionnement essentiellement hydrologique peut être évaluée àl'aide de formulations simples des relations «pluies débit», «hauteur débit» et du temps de concentration des bassins (Desbordes, 1995). Les tailles de telles unités hydrologiques induisant une hauteur d'écoulement de IOcmàl'exutoire sont les suivantes 1 :
pente(Clen%) 510-4 510-2
Largeur de voie:Bun) 4 -12m 4 -12 m
intensité delapluie: i(mmIh) 120 120
temps de concentration: tc(min) 15 - 30 8 - 15
Débit à l'exutoire (m3/s) 0,12 - 0,35 1,2 - 3,5
Taille de l'unité hydrologique: A (ha) 0,45 2,6 4,5 - 26 Tableau 2: Tailles des unités hydrologiques induisant une hauteur d'écoulement
àl'exutoire de 10em(inDesbordes 1995)
Ces zonesàfonctionnement essentiellement hydrologique, situées en limite des bassins versants, sont identifiablesàl'aide d'un MNT et de vérifications terrains destinéesà identifier les modifications des limites de bassin dues aux aménagements du milieu. En dehors de ces zones, on se trouve dans des secteurs potentiellement inondés mettant enjeu les différents réseaux d'éléments drainants évoqués ci-dessus.
Par ailleurs, le temps de concentration de ces unités hydrologiques urbaines peut être évalué avec plus de précision que le temps de concentration d'un bassin naturel :
Pour les bassins naturels généralement étudiés, plus grands que les bassins urbains, celui ci est fortement dépendant de l'hétérogénéité spatiale des précipitations et des surfaces réceptrices. D'autre part, le poids du ruissellement superficiel est prépondérant par rapportàcelui de l'écoulement dans le réseau hydrographique apparent. Or, sur ces bassins naturels, les vitesses de ruissellement superficiel varient beaucoup suivant l'état de la végétation et suivant les volumes d'eau ruisselés mis enjeu.
1La relation pluies débit et la relation hauteurdébitutilisées ici sont respectivement la formule rationnelle et la formule de Manning. Le temps de concentration est déterminé de façon analytique en faisant l'hypothèse d'un écoulement en nappe superficiel répondant àlUlmodèle d'onde cinématique unidirectionnel (Desbordes
1984).
Les unités hydrologiques, prises ici de forme rectangulaire, ont lUl coefficient d'allongement E
= LI..fA
variant de 2 à 3, où A est la surface de l'unité hydrologique et L la longueur de son axe d'écoulement.En milieu urbain, l'hétérogénéité spatiale des précipitations est largement réduite (d'Amato, 1998).
D'autre part, les temps de parcours en surface sont limités artificiellement et le temps de concentration est rapidement contrôlé par les temps de transit dans les réseaux de drainage artificiels qui sont par ailleurs beaucoup moins variables que dans les réseaux naturels. (Chocat et al. 1997a).
ill-Cl.Co Des écoulements principalement superficiels dans les situations decrise.
Les difficultés pour modéliser les écoulements en situation de crise tiennent notamment dans l'instationnarité spatio-temporelle des secteurs du réseau d'assainissement mis en charge. Cependant, dans les cas de crise généralisée, caractérisée par des défaillances majeures du système souterrain conduisantà des mises en charge simultanées de vastes secteurs, voire dans les cas extrêmes de la totalité du système, les mécanismes de transfert sont simplifiés et peuvent se résumerà l'addition de deux systèmes d'écoulement: l'un souterrain correspondant à la capacité d'évacuation des ouvrages en charge et l'autre superficiel résultat de l'excédent de débit (Desbordes 1995). L'auteur suggère aussi que la capacité maximale de transit des collecteurs souterrains en cas de crise est plus faible que celle déterminée lors de la conception de ceux-ci. Ces capacités réduites d'évacuation peuventêtreattribuées entre autres choses :
• à d'éventuelles limitations de capacité d'évacuation dans les secteurs à l'aval de réseaux, (débordement généralisé, mises en charge rapides qui conduisent à des piégeages d'air réduisant les capacités d'écoulement),
• àla présence de pertes de charge au passage des multiples singularités propres aux réseaux,
• aux défauts de captage des avaloirs, et en particulier dans les rues àforte pente
• et àl'obstruction plus ou moins totale des avaloirs et des points d'entrée dans les réseaux résultant du transports de matériaux et objets divers par le ruissellement superficiel.
Dans les situations d'inondation caractérisée, le réseau souterrain peut avoir un rôle négligeable sur le transfert et être alors, dans certains cas, négligé lors de la modélisation des écoulements.