Rapport final du projet RIVES "Risque d'inondation en ville et évaluation de scénarios". Synthèse

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Rapport final du projet RIVES ”Risque d’inondation en

ville et évaluation de scénarios”. Synthèse

André Paquier

To cite this version:

André Paquier. Rapport final du projet RIVES ”Risque d’inondation en ville et évaluation de scénar-ios”. Synthèse. [Rapport de recherche] irstea. 2009, pp.13. �hal-02592265�

Projet ANR-05-PGCU-004

Programme Génie Civil et Urbain (PGCU) 2005 :

Rapport final du projet

RIVES

A.

Identification

Programme – édition PGCU – Edition 2005 Projet (acronyme)

RIVES

Titre complet du projet Risque d’inondation en ville et évaluation de scénarios Site Internet du projet http://www.lyon.cemagref.fr/hh/panorama/RIVES/

Projet labellisé par le pôle de compétitivité Période du projet (date début – date fin)

22 décembre 2005 – 21 décembre 2008 Coordinateur du projet

(Société/Organisme)

Cemagref, Unité de Recherche Hydrologie-Hydraulique Rédacteur du rapport :

• Civilité, Nom, Prénom • Société/Organisme • Téléphone • Adresse électronique André PAQUIER Cemagref 04 72 20 87 75 andre.paquier@cemagref.fr Date de rédaction 19 février 2009

Rapport confidentiel (oui/non)

Non (sauf certaines annexes)

B. Liste des tâches et livrables

Plusieurs mois nécessaires pour établir l’accord et plusieurs mois nécessaires pour le circuit de signatures

Tous Action 1 scénarios de pluie



















Pluviomètres à Oullins Données pluie sur Marseille et Lyon obtenues Modèle développé Cemagref, CETE Méditerranée Action 2 modèles macrosc.

_{Modèle développé et validé}

sur expériences UCL et HY2VILLE HSM, LMFA Action 3 incertitudes























_{Développement des}

équations aux perturbations réalisé, application à un cas réel abandonné HSM Action 4 aménagement s

_∆











Expériences sur réseau de rues et modélisation numérique LRPC Clermont, Cemagref, Cetmef Action 5 embâcles

<sub>∆ ∆



2 séries d’essais réalisées et</sub>

logiciel de déplacement d’embâcle développé LMFA, UTC, Cetmef, Cemagref Action 6 débordement ∆







Synthèse bibliographique réalisée, test de modèles d’ouvrages d’échange Insavalor, Cemagref, Sogreah Action 7 carrefours















Expériences en transcritique avec mesures fines des hauteurs d’eau LMFA, Cemagref Action 8 perte de charge











*

Travaux réalisés pour le régime transcritique LMFA, INSAVALOR, HSM Action 9 apports







<sub>∆ ∆



Développement de</sub> méthodes d’estimation de la répartition spatiale de la pluie avec application au bassin versant de Marseille

LCPC, CETE Méditerranée Action 10 couplage

Couplage entre Rubar 20 et Canoe, et entre Telemac2D et Canoe réalisé.

Tests sur des cas simples réalisés mais problème de stabilité sur cas d’Oullins

SOGREAH, Cemagref, INSAVALOR

Action 11 cas réels

∆



















_{Simulation avec modèles}

bidimensionnels effectués sur Nîmes, Marseille et Oullins. Mesures effectuées à Oullins. Cas de Bordeaux et Ajaccio abandonnés Cemagref, CETE Méditerranée, SOGREAH, LRPC Bordeaux ∆ = Prévu =Prévu à nouveau



= Abandonné

= Réalisé

C. Rapport factuel

C.3 La liste des publications et communications

Ben Othmane M. (2008) Modélisation des échanges entre les écoulements en surface et le réseau d’assainissement lors des inondations en ville. Mémoire de Master recherche, Université Lyon 1. 43 p.

Chocat B., El Kadi Abderrezzak K., Guinot V., Rivière N. (2007). Résolutions requises par les différentes échelles de simulation des inondations urbaines extrêmes. Communication au colloque PNTS (programme antional de télédétection spatiale), Nantes, France.

Coulet C., Evaux L., Rebai A. (2008). Floods study though coupled numerical modeling of 2D surface and sewage network flows. Flood Risk Conference, Oxford, U. K., pp. 41-47

Delenne C., Guinot V., Cappelaere B. (2008). Direct sensitivity computation for the Saint Venant equations with hydraulic jumps. Comptes Rendus de l’Académie des Sciences, Mécanique 336 (10) 766-771.

Dupuis V., 2007. Influence de la répartition spatiale de la pluie sur la modélisation des inondations en milieu urbain - Développement d'une méthodologie d'analyse des banques de données urbaines, Mémoire de Master, Université de Nantes, Nantes, 64 p.

El kadi Abderrezzak K., Paquier A., Mignot E. (2009). Modelling flash flood propagation in urban areas using a two-dimensional numerical model. Natural hazards. 28 p. à paraître DOI 10.1007/s11069-008-9300-0.

El kadi Abderrezzak K., Paquier A. (2009). Discussion de "Numerical and experimental study of dividing open-channel flows" par Ramamurthy A. S., Qu J.Y., Vo D. Journal of Hydraulic Engineering. A paraître.

El kadi Abderrezzak, K., Paquier, A., Rivière, N., Leblois, E., Guinot, V. 2007. Vers une meilleure connaissance et gestion du risque d'inondation dans les zones urbaines : le projet RIVES. 6th International Conference on Sustainable Techniques and Strategies in Urban Water Management (Novatech 2007), Lyon, France. pp. 473-480.

El kadi Abderrezzak, K., Paquier, A., Rivière, N., Leblois, E., Guinot, V. (2007). RIVES project: knowledge and management of urban flood risks. AquaTerra Conference, World Forum on Delta and Coastal Development, Amsterdam, Netherlands, pp. 119-132. (Aussi édité dans “COST C22 – Special aspects of Urban flood management” par TUHH, Hamburg, Allemagne pour le Cost Office de l’UE).

El kadi Abderrezzak K., Paquier A (2007). Modelling flash flood propagation in urban areas using a two-dimensional numerical model. Communication à l'EGU, Vienne, Autriche.

El kadi Abderrezzak, K., Paquier, A., Lhomme, J., Guinot, V., Zech, Y. Soares-Frazão, S. (2007). Hydraulic modelling of flooding in urban area. AquaTerra Conference, World Forum on Delta and Coastal Development, Amsterdam, Netherlands, pp. 209-229. (Aussi édité dans “COST C22 – Special aspects of Urban flood management” par TUHH, Hamburg, Allemagne pour le Cost Office de l’UE).

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Guinot V (2009). A modified HLL/HLLC Riemann solver for sensitivity solutions of 1D hyperbolic systems of conservation laws with discontinuous solutions. Computers & Fluids, révisé.

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Guinot V., Cappelaere B. (2009b). Sensitivity equations for the 1D shallow water equations. Practical application to model calibration. Journal of Hydrologic Engineering, à paraître.

Guinot V., Cappelaere B., Delenne C. (2009b). Finite volume solution of the one-dimensional shallow water sensitivity equations. Journal of Hydraulic Research, soumis.

Guinot V., Delenne C., Cappelaere B. (2009a). An approximate Riemann solver for sensitivity equations with discontinuous solutions. Advances in Water Resources, 32(1)-61-77.

Guinot V., Leménager M., Cappelaere B. (2007). Sensitivity equations for hyperbolic conservation law-based flow models. Advances in Water Resources, 30, 1943–1961.

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Jankowfsky S. (2007). Modélisation des échanges entre les écoulements en surface et le réseau d'assainissement lors des inondations en ville. Rapport de stage de fin d'étude, Universität Freiburg. 59 p.

Lewicki L., El kadi Abderrezzak K., Paquier A., Rivière N., Travin G. (2008). Division of a critical flow in a three branch intersection of open channels. Article soumis à Journal of Hydraulic Research.

Lewicki L., Paquier A., El kadi Abderrezzak K., Rivière N. (2008). Uncertainty in hydraulic modelling : a case study of an experiment in transcritical flow. Symposium international sur les incertitudes en modélisation hydrologique et hydraulique. Montréal, Canada (octobre 2008). 10 p.

Lewicki L., Paquier A., El kadi Abderrezzak K., Rivière N. (2009). Uncertainty in hydraulic modelling : a case study of an experiment in transcritical flow. Article précédent sélectionné pour publication dans Canadian Journal of Civil Engineering.

Lhomme J, Soares-Frazão S, Guinot V, Zech Y (2007). Modélisation à grande échelle des inondations urbaines et modèle 2D à porosité. La Houille Blanche, 4.104-110.

Lipeme Kouyi G., Fraisse D., Rivière N., Guinot V., Chocat B. (2008). 1D modelling of the interactions between heavy rainfall-runoff in urban area and flooding flows from sewer network and river. 11th International Conference on Urban Drainage, Edinburgh, Scotland, 31 aug.-5 sept. 2008.

Lipeme Kouyi G., Fraisse D., Rivière N., Guinot V., Chocat B. (2009). 1D modelling of the interactions between heavy rainfall-runoff in urban area and flooding flows from sewer network and river. Article précédent sélectionné pour publication dans Water Science and Technology.

Lipeme Kouyi G., Rivière N., Chocat B. and Guinot V. (2009). Urban flooding: 1D modelling of the distribution of the discharges through cross-roads accounting for energy losses. 8th International Conference on Urban Drainage Modelling, Tokyo, Japon, 7-11 sept 2009.

Mercado R. (2006). Couplage dynamique des modèles Rubar20 et Canoe avec l'interface OpenMI. Mémoire de Master Professionnel, Université Lyon 1. 46 p.

Pons F. (2009). Etude hydraulique du bassin versant du vieux port à Marseille. Chapitre de "Traité d’hydraulique environnementale. De la goutte de pluie jusqu’à la mer" à paraître aux Editions HERMES. 12p.

Rebai A. (2007). Modélisation des échanges entre les écoulements en surface et le réseau d'assainissement. Mémoire de Master Mécanique, Énergétiques et Ingénieries, Université Joseph Fourier, Grenoble 1.

Rivière N., Travin G., Perkins R. (2007). Transcritical flows in open channel intersections. 32nd IAHR Congress, Venise, Italie, Juillet 2007. 10 p.

Soares-Frazão S, Lhomme J, Guinot V, Zech Y (2008). Two-dimensional shallow water model with porosity for urban flood modelling. Journal of Hydraulic Research, 46(1)

D. Rapport scientifique D.1 Le résumé consolidé,

RIVES (urban flood risk and scenario assessment) project focuses on some specific processes occurring during urban floods and investigates how to assess the consequences linked to various hydrological scenarios.

In order to investigate flows at crossings, a device using four channels was set at LMFA (Laboratory of Fluid Mechanics and Acoustics in Lyon). Some experimental runs studied flows at transcritical regime in order to understand how the hydraulic patterns built around jumps and recirculations influence flow distribution and head losses. Other runs were carried out in order to simulate blockage of cars near the crossings. Dams formed in such a way create a rise of water levels that can double the water depth but same rise can also be obtained in situations for which a dam was not formed. A software coupling a 2-D flow model and a model built to simulate transportation and shocks concerning rigid bodies was developed to simulate such blockage of cars.

In Clermont Ferrand (at LRPC, Regional Laboratory of Bridges and Roads), an urban district constituted by 64 blocks was modelled at a horizontal scale of 1:100 to investigate the impact of urban works on flow features. Both experimental results and calculations using 2-D hydraulic model show that, generally, these works have only a local (Fig. 1) and often weak influence but the case of a square, which involves a modified structure of street network, changes both upstream and downstream flow distribution and water levels.

Three cases of real towns were studied: for Nîmes and Marseille, historic events of very intense rainfalls are modelled while in Oullins (along Yzeron River, near Lyon), measurements (discharges and water levels) were carried out to understand sewage network operation and to follow overflow along river banks. In the latter case, only one flood (November 2008) could be observed. At Oullins, the calibration of a 2-D hydraulic model using various Strickler coefficients provides a mean difference of 0.2 metre between calculated peak water levels and observed watermarks while, at Nîmes, particularly because of the variation of flow regime (subcritical or supercritical), the mean difference was much higher (about 0.5 m for the 1988 flood). At Marseille, we observe that the distribution of the rainfall inputs can vary both the peak water depths and the time of peak flow.

To assess the uncertainty of results due to the input parameters, a mathematical model for the propagation of sensitivity to input parameters was developed. Moreover, the project showed that models such as a 2-D porosity model or a coupled model between sewage network and surface propagation or a rainfall simulator are useful for some specific situations. These innovative models as well as the methods developed to treat real cases permit to offer new tools including uncertainty assessment to urban flood managers.

Le projet RIVES (Risque d’Inondation en Ville et Evaluation de Scénarios) se concentre sur des processus spécifiques s’établissant lors des inondations urbaines et examine comment évaluer les conséquences liées à différents scénarios hydrologiques.

Dans le but d’affiner la compréhension des écoulements dans les carrefours, une installation composée de quatre canaux a été mise au point au LMFA (Laboratoire de Mécanique des Fluides et Acoustique de Lyon). Certains de ces essais expérimentaux ont permis d'étudier les écoulements en régime transcritique afin de comprendre comment les structures hydrauliques dérivées des ressauts et des recirculations influencent la répartition des débits et les pertes de charge. D’autres essais ont été effectués dans le but de simuler des embâcles de véhicules à proximité des carrefours. Ces embâcles créent une élévation de niveau pouvant entraîner jusqu'à un doublement de la hauteur d'eau, et ce même si les véhicules ne forment pas de barrage. Un logiciel couplant un modèle d’écoulement 2D et un modèle construit pour simuler le transport et les chocs concernant des corps rigides a été développé pour représenter les phénomènes précédents.

Au LRPC (Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées de Clermont Ferrand), un quartier de ville constitué de 64 blocs a été modélisé pour étudier l’impact d’aménagements urbains sur les caractéristiques de l’écoulement. Les résultats expérimentaux et numériques (fournis par un modèle hydraulique 2D) montrent que généralement ces aménagements ont seulement un effet local (Figure 1) et souvent faible ; toutefois, l’aménagement d’une place qui affecte la structure du réseau de rues modifie à la fois la répartition des débits et les niveaux d’eau à l’amont et à l’aval de l’aménagement.

Trois cas réels de villes ont été étudiés : pour Nîmes et Marseille, des événements historiques de pluies très intenses ont été modélisés alors qu’à Oullins (le long de l’Yzeron, près de Lyon), des mesures (débits et niveaux d’eau) ont été effectuées pour comprendre le fonctionnement du réseau d’assainissement et pour suivre le débordement sur les berges de la rivière. Dans ce dernier cas, une seule inondation (novembre 2008) a pu être observée. A Oullins, le calage d'un modèle hydraulique 2D en utilisant des coefficients de Strickler variés fournit une différence moyenne de 0.2 m entre les niveaux maximaux calculés et les laisses de crue alors qu'à Nîmes, en particulier à cause des variations de régime (torrentiel ou fluvial), la différence moyenne est plus élevée (environ 0.5 m pour la crue de 1988). A Marseille, la répartition des apports dus à la pluie peut modifier les hauteurs d’eau maximales et le temps du maximum.

Pour estimer l’incertitude des résultats, un modèle mathématique fondé sur la propagation de la sensibilité aux paramètres d’entrée a été développé. De plus, le projet a montré que des modèles tels qu’un modèle 2D avec porosité ou un modèle couplé entre le réseau d’assainissement et l’écoulement de surface ou un simulateur de pluie sont utiles dans des situations spécifiques. Ces modèles innovants ainsi que les méthodes développées pour traiter des cas réels permettent d’offrir des outils nouveaux incluant l’évaluation de l’incertitude aux gestionnaires des inondations urbaines.

D.2. La synthèse

1 E

,

’

Les inondations urbaines sont à l’origine de dommages très importants qui sont susceptibles de croître dans le futur du fait de l’augmentation des situations météorologiques catastrophiques (changement climatique) et de la croissance urbaine souvent en zone vulnérable aux inondations. Au delà de ce constat, la diversité des processus mis en jeu lors de ces événements, oblige à une typologie des événements d’inondation urbaine en fonction des caractéristiques du lieu d’étude et de la pluie et/ou de la crue considérées. Pour chaque type d’inondation, il est alors possible de définir des stratégies d’aménagement en se basant sur des simulations hydrauliques de scénarios d’inondation et de scénarios d’aménagements.

Le projet RIVES s’est focalisé sur un certain nombre de processus peu étudiés : passages en régime critique, embâcles de véhicules, modification des écoulements par les aménagements urbains en étudiant à la fois les effets locaux et ceux sur l’ensemble d’un quartier. En outre, en complément de travaux antérieurs ou parallèles, le projet s’est intéressé aux échanges entre réseau d’assainissement et écoulements en surface lors des inondations. Outre la mise en place d’un modèle couplé, indispensable compte tenu des multiples points d’interaction, cela exige une réflexion sur la répartition dans le temps et l’espace des apports liés à la pluie et sur le fonctionnement réel des ouvrages d’échange.

2 M

Pour l’étude des processus encore peu explorés, trois pistes ont été menées en parallèle : (i) des expériences en laboratoire, (ii) la modélisation numérique qui permet d’extrapoler ces résultats et (iii) l’étude de cas réels qui relativise l’usage opérationnel de ces observations à échelle réduite. Pour l’intégration de l’ensemble des problèmes au niveau opérationnel, ce sont essentiellement les outils numériques qui ont été utilisés sur la base de cas réels pour lesquels un ensemble cohérent de données était disponible.

2.1 Dispositifs expérimentaux

Deux dispositifs expérimentaux ont été utilisés :

• un ensemble de quatre canaux assemblés pour former un carrefour en croix, situé à l’INSA de Lyon (LMFA)

• un quartier virtuel à échelle réduite, formé d’un réseau maillé de rues réalisé grâce à un assemblage de canaux (7 rues Nord Sud croisant 7 rues Ouest-Est), situé au LRPC de Clermont Ferrand.

Au LMFA, l'installation utilisée comprend quatre canaux en verre (largeur b= 0,3 m, longueur L= 2 m chacun) (Fig.1). La pente de tous les canaux est nulle pour les expériences du projet, et le plus souvent, un des canaux est barré au niveau du carrefour afin de passer à un dispositif à 3 branches avec un canal d'amenée.

Figure 1. Installation expérimentale du LMFA

On dispose de débimètres et, pour caractériser l'évolution des profondeurs locales, de sondes résistives. Le projet a bénéficié de la base de données expérimentales rassemblées sur cette installation, base qu’il a également contribué à enrichir par des séries d’expériences portant sur le régime transcritique et les embâcles.

Au LRPC, en se basant sur le quartier virtuel du projet HY2VILLE lui même inspiré de quartiers réels, un modèle physique en bois a été bâti (Fig. 2). 3 des 14 rues ont une largeur de 25 cm alors que les 11 autres ont une largeur de 10 cm. La pente Nord -Sud (dans le sens de l'écoulement principal) de l'ensemble du modèle est de 0,4 %. Les extrémités des rues orientées Est /Ouest sont considérées comme des impasses où aucun écoulement n’est possible alors que le débit est injecté au Nord à travers un canal large qui assure une charge quasi constante. Au Sud, on assure une sortie libre par une chute qui permet en outre la mesure des débits. Les hauteurs d’eau sont mesurées à l’aide d’un pied à coulisse électronique. Une vitesse dite « de surface » est mesurée par l’injection en surface d’un colorant; de cette vitesse de surface, on déduit la vitesse moyenne dans un canal et par là le débit. Quatre « cas » de simulation sont traités: état initial, ajout d'un carrefour giratoire, réalisation d'une place, réalisation d'une ligne de tramway. Pour chacun des cas, deux débits permanents sont pris en compte et engendrent des hauteurs d'eau respectivement de l'ordre de 2 cm et 4 à 5 cm.

Figure 2 . Dispositif du LRPC - vue de quelques rues en eau.

2.2 Cas réels

2.2.1 Nîmes

L’inondation d’octobre 1988 à Nîmes est consécutive à un événement pluvieux d’une ampleur exceptionnelle (de l’ordre de 250 mm en 6 heures) qui a fait déborder les « cadereaux », ruisseaux nîmois encaissés dans les vallons en amont de la ville puis traversant les zones urbanisées souvent par des conduites. Le quartier Richelieu (de l'ordre de 1 km2) sélectionné comme cas d'étude se situe au Nord Est du centre ville. Il est limité au Nord par une voie ferrée en remblai percé de deux ouvrages. A l’Ouest, le Mont Duplan et, à l’Est, la gare de marchandises bâtie sur un remblai bordent le site d'étude. Les écoulements de crue s'effectuent du Nord (depuis les passages sous la voie ferrée) au Sud où l'inondation s'étale sur une zone de plus faible pente (inférieure à 1 %) où des échanges s'effectuent avec les quartiers avoisinants eux aussi inondés. Pendant la crue d’octobre 1988, il a été observé des hauteurs d’eau qui ont localement dépassé deux mètres avec souvent une hauteur d’eau maximale dans les rues de l’ordre de 1 mètre. Les données utilisées sont constituées de la topographie (sections des rues) et des données hydrologiques de l'événement considéré (débits amont, pluie et une série d'environ 100 laisses de crue réparties sur tout le quartier). La crue de 2002, plus faible mais pour laquelle on dispose d'observations équivalentes, permet de valider le paramétrage du modèle hydraulique.

2.2.2 Marseille

Le bassin-versant du vieux-port de Marseille a une altitude qui varie de 0 (Méditerranée) à plus de 100 mètres NGF et s'étend sur une superficie de l'ordre de 4 km².Un des évènements récents, ayant laissé des traces dans les mémoires a eu lieu le 20 septembre 2000. La succession de deux épisodes pluvieux intenses, d'une fréquence proche de la décennale et séparés d’une durée de moins d’une heure a conduit à un cumul de pluie de l'ordre de 200 mm d'eau. Les conséquences de cet événement ont été lourdes pour la ville de Marseille avec par exemple 50 cm de hauteur d'eau en bas de la Canebière. Les données disponibles sont essentiellement la topographie et l'emplacement des bâtiments sur le bassin versant pris comme zone d'étude ainsi que des mesures de pluie sur le réseau de pluviomètres de la ville (à un pas de temps de 6 minutes sur plus de 20 années).

2.2.3 Oullins

Le site étudié est un quartier d’Oullins (près de Lyon) riverain de l’Yzeron. Il s’étend du Pont Blanc (en amont) au pont d’Oullins (en aval) sur une distance de 1075 m. Dans la zone considérée, le réseau d’assainissement est unitaire, atteignant une longueur de 12 kilomètres. Le couplage entre les écoulements dans le réseau d’assainissement et les inondations par débordement de l'Yzeron a été testé sur ce site. Des appareillages de mesure ont été installés par le Cemagref: trois pluviomètres pour connaître la variabilité de la pluie à une échelle de quelques centaines de mètres et évaluer ainsi les probabilités des lames d’eau à la maille du réseau de collecte; trois limnimètres implantés sur l’Yzeron afin de mesurer les niveaux d’eau ; trois débitmètres pour mesurer les débits dans le réseau d’assainissement et une caméra vidéo pour filmer une éventuelle inondation du site.

2.3 Logiciels

Les logiciels d’hydraulique utilisés ont été, d'une part, le logiciel CANOE qui résout les équations de Saint Venant 1D dans un réseau d'assainissement et, d'autre part, les logiciels Reflux 2D, Rubar20, SW2D et Telemac2D qui résolvent les équations de Saint Venant bidimensionnelles qui sont utilisées pour modéliser la propagation en surface. Les méthodes de résolution, les maillages utilisés sont différents et des modules annexes peuvent donner des fonctionnalités supplémentaires à certains de ces logiciels. En parallèle, d’autres logiciels ont été adaptés et/ou développés :

• le logiciel TBM permettant de générer des averses réalistes sur l’ensemble d’un territoire

• des logiciels de traitement des bases de données urbaines qui sont des outils développés d’une part pour définir un maillage adapté dans un milieu urbain complexe et d’autre part pour connaître le ruissellement produit par les surfaces imperméabilisées en chaque point de la voirie (définition de « bassins versants »).

3 R

3.1 Dispositifs expérimentaux

Les expériences menées au LMFA ont permis de confirmer la complexité des écoulements dans un régime transcritique au sein d'un carrefour et de mettre en place une typologie de l'organisation des structures hydrauliques. Ces situations où il y a alternance de régime fluvial et de régime torrentiel se sont retrouvées à la fois sur le modèle expérimental du LRPC et sur les sites de Nîmes et Marseille et constituent donc une difficulté réelle pour la modélisation de ces événements. Toutefois, à condition de prédire le régime dans le carrefour, des formules simples permettent d'estimer d'une part la répartition des débits et d'autre part la perte de charge dans le carrefour. Par ailleurs, pour des pentes nulles, les expériences avec embâcles ont montré que l'entraînement de véhicules pouvait créer un doublement du niveau d'eau mais que ce résultat était fortement aléatoire (Fig.3). Le logiciel développé pour simuler le transport de corps rigides permet de simuler le phénomène d'embâcle et de débâcle mais n'intègre pas encore l'effet en retour sur le niveau d'eau.

Figure 3 Niveau d'eau à l'amont d'un croisement à 3 branches dans le cas d'un stationnement en ligne dans le canal d'amenée. La référence est un essai sans véhicules, les autres lignes des essais à conditions identiques.

Les expériences menées au LRPC ont montré que dans le contexte d'un quartier doté d'un réseau maillé de rues, certains aménagements urbains (giratoire, place) avaient une influence locale (en particulier, répartition des débits) très forte (variable en fonction de l'importance de l'inondation) mais que cette influence était quasiment négligeable à une distance de quelques rues. D'autres aménagements (tramway) avaient même localement une influence négligeable. La modélisation numérique bidimensionnelle permet de prendre en compte ces influences, ce qui justifie son utilisation opérationnelle pour étudier ces types d'aménagements urbains.

3.2 Cas réels d'inondation

L'étude de la crue d'octobre 1988 sur le quartier Richelieu à Nîmes a montré la difficulté du calage d'un modèle bidimensionnel sur des laisses de crue. L'erreur qui peut atteindre en moyenne 50 % des hauteurs d'eau et de l'ordre de 0,5 m peut en partie s'expliquer par la présence de ressauts hydrauliques à proximité ou à l'intérieur des croisements ainsi que par la nécessité d'un calage fin des coefficients de frottement pour tenir compte de l'"encombrement" de la voirie (véhicules, mobilier urbain, etc).

L'étude de la crue de septembre 2000 sur le bassin du Vieux Port à Marseille a permis de traiter un cas où les apports proviennent directement de la pluie, ce qui explique l'effort accompli pour mieux définir sa répartition et les points d'entrée à la voirie. Le modèle de génération de pluies a permis de montrer que, malgré la faible étendue du bassin versant, l'hétérogénéité des pluies (à volume précipité équivalent) pouvait jouer un rôle à la fois sur la hauteur d'eau en des points critiques et sur le temps d'obtention des hauteurs maximales. Globalement, l'incertitude induite par la méconnaissance de la répartition spatiale de la pluie est du même ordre de grandeur (en général moins de quelques centimètres en niveau d'eau mais parfois plus de 10 cm et jusqu'à plus de 20% des hauteurs d'eau) que celle qui provient de la localisation des apports en provenance des parcelles bâties. Cette dernière incertitude a été obtenue en comparant différentes méthodes de répartition du ruissellement produit par les zones bâties : (i) apport homogène sur la voirie ; (ii) apport uniforme des ilots bâtis à la voirie ou (iii) apport distribué qui tient compte de la contribution individuelle des batiments. Ce dernier point a nécessité le développement de méthodes d'utilisation des bases de données urbaines, méthodes également indispensables lors de la conception du maillage de calcul hydraulique sur l'ensemble d'un quartier. Par ailleurs, dans ce contexte de fortes pentes qui induit faibles hauteurs d'eau et fortes vitesses, l'aléa est mieux estimé en prenant comme variable, le débit unitaire (hauteur multipliée par vitesse) (Fig. 4).

Figure 4 Débits unitaires maximaux sur le bassin versant du Vieux-Port à Marseille (fond: BDOrtho IGN).

montée des eaux de l’Yzeron a confirmé l'intérêt d'étudier les surinondations crées par le débordement du réseau et donc l'intérêt d'utiliser une modélisation hydraulique couplée entre réseau d'assainissement et écoulement en surface. Le couplage modèle d’assainissement-modèle de surface mis en place dans le cadre du projet a montré son efficacité sur des cas tests simples. Toutefois, suite à des instabilités numériques sur le modèle 1D du réseau d'assainissement, la simulation de la crue de 2003 à partir de modèles couplés n'a pas pu aboutir. La modélisation hydraulique 2D de la rivière et des rues avoisinantes sans couplage permet déjà d’estimer correctement le risque d’inondation comme l'atteste la comparaison entre niveaux d'eau maximaux et laisses de crue (20 cm de différence en moyenne).

4 D

Le projet RIVES se proposait de répondre à la question suivante : quelle est la complexité requise par un code de calcul d’écoulement en ville pour obtenir une estimation fiable du risque d’inondation ? Le point clé tant sur le plan scientifique qu’opérationnel est de parvenir à définir la répartition des écoulements à l’intérieur de la ville et de passer d’une estimation de l’importance de ces écoulements à certaines caractéristiques (hauteur d’eau maximale, vitesse, durée d’inondation etc) qui permettent de quantifier le risque pour un événement.

Pour ce faire, le projet RIVES a étudié certains cas particuliers sur lesquels des interrogations subsistaient : répartition aux carrefours, échanges avec le réseau d’assainissement, embâcles. Dans chacun des cas, le projet a apporté des réponses partielles au problème opérationnel sous jacent. Les phénomènes sont très complexes à la fois à mesurer et à modéliser et leur caractère aléatoire est souvent très marqué (exemple des embâcles). Mais la présence de recirculations, de ressauts dont l’amplitude voire même la localisation peut être liée à des obstacles locaux de faible amplitude induit aussi une incertitude sur les hauteurs et vitesses maximales. A l’intégration de ce caractère aléatoire, se rajoutent les incertitudes liées aux impasses effectuées lors des études opérationnelles. En effet, même si l’étude des cas réels effectuée pendant le projet a montré qu’il est possible d’intégrer l’ensemble des données contenues dans les bases de données urbaines, elle a aussi montré que l’utilisation de modèles complets conduisaient à des temps de calcul très importants et à une complexité difficilement maîtrisable quand on modélise l’inondation sur une vaste zone urbaine. En pratique, un compromis doit être recherché. Le projet n’a pas examiné comment coupler une étude relativement grossière dans des zones de moindre intérêt avec une étude détaillée dans des zones d’intérêt particulier ou jouant un rôle prédominant dans la répartition des écoulements. Toutefois, le travail effectué lors de la recherche des méthodes de couplage entre écoulement de surface et écoulement dans le réseau d’assainissement permet d’entrevoir des pistes aussi bien sur le plan informatique que sur le plan hydraulique (focalisation sur les zones d’échange). Finalement, il apparaît évident que la sensibilité des résultats à ces incertitudes fait partie intégrante d’une étude opérationnelle. Le projet a montré l’intérêt d’une analyse de sensibilité classique en faisant varier les paramètres prépondérants ou les plus incertains ; il a aussi développé un jeu d’équations qui permet d’atteindre plus systématiquement une évaluation de cette sensibilité ; ces développements doivent être poursuivis afin de pouvoir être utilisés de manière opérationnelle.

En parallèle de ce travail sur les écoulements dans le milieu urbain, le projet s’est intéressé à la détermination des apports de pluie à la voirie. Ces apports s’effectuent directement par les précipitations ou indirectement à travers le réseau d’assainissement ou le bâti. Dans tous les cas, il est très important d’estimer convenablement les volumes de pluie et donc de décrire les averses dans le temps et l’espace. Le modèle de scénarios de pluie développé est valable uniquement pour certains types de situations météorologiques ; son extension et sa validation générale restent à faire. Son calage local devrait à terme s’appuyer non seulement sur des pluviomètres mais aussi sur des images radar.

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Le projet RIVES s'est intéressé aux inondations dans un milieu urbain dense bien représenté à partir du réseau de rues. Dans ce contexte, par une approche expérimentale, il s'est intéressé à l' effet des structures d'écoulement (ressauts, recirculations, ...) particulièrement créées dans les zones de carrefours et à la formation d'embâcles de véhicules. En parallèle, la maquette d'un quartier a permis d'évaluer l'effet de certains aménagements urbains sur l'aléa non seulement local mais également à l'échelle de la ville. En confrontant les résultats de modèles hydrauliques à ces mesures ainsi qu'à une exploitation sur des cas réels, il a été possible de définir des règles d'utilisation qui tiennent compte à la fois, de la représentativité par rapport aux processus, des incertitudes liéees au caractère fortement aléatoire de certains phénomènes et à la

connaissance limitée du milieu ainsi que des contraintes opérationnelles. Ces premiers résultats obtenus pour des cas particuliers devront être généralisés en insistant sur les approches qui permettront d'évaluer l'incertitude des résultats en terme d'aléa. Les méthodes spécifiques développées pour estimer l'apport lié à la pluie ont une portée qui dépasse les seules inondations urbaines mais elles doivent encore être développées pour être pleinement opérationnelles.