THE MONTPELLIER

A C A D E M 1 E DE M O N T P E L L I E R

UNIVERSITE DES SCIENCES ET TECHNIQUES DU LANGUEDOC

THE S E

présentée à l'Université des Sciences et Techniques du Languedoc pour obtenir le grade de DOCTEUR DE 3 e CYCLE

SCIENCES DE L'EAU ET AMENAGEMENT

ASSAINISSEMENT PLUVIAL EN ZONE URBAINE

EN AFRIQUE TROPICALE

cas de Yopougon (Côte d'Ivoire)

par

Daniel SIGHOMNOU

Soutenue le 23-09-86 devant le Jury composé de :

MM. C. BOCQUILLON

M. ALQU/ER

M. DE5BORDE5

B.POUVAUD

L. LEBARBE

PRESIDENT

- l -

AVANT-PROPOS

.Le travail que je présente ici est le résultat d'une étude commencée lors de mon stage de formation pratique en hydrologie, de novembre 1982 à décembre 1983, au sein du Laboratoire d'Hydrologie de l'Institut Français de Recherche Scientifique pour le Developpement en Coopération (ORSTOM), Centre d'Adiopodoumé en Côte-d'Ivoire. Le Laboratoire d'Hydrologie agissait pour le compte du Bureau Central d'Etudes pour les Equipements Outre-Mer (BCEOM), qui avait été chargé par la Direction Centrale de l'Assainissement et du Drainage (DCAD) de Côte-d'Ivoire, de la réalisation de l'étude des relations pluie-débit sur bassin expérimental à Abidjan.

Je suis très reconnaissant aux différents respo~sables de l'ORSTOM et du BCEOM de m'avoir accordé le privilège de présenter ces résultats sous forme de thèse.

Toutes les équipes d'hydrologues de l'ORSTOM, à Bondy, à Montpellier et tout particulièrement à Adiopodoumè, au sein desquelles j'ai eu le plaisir de travailler méritent également une place particulière dans ma reconnaissance. Je citerais en particulier A.CASENAVE, P. CHEVALLIER et P. RIBSTEIN, qui, en plus de leur aide et de leur attention à mon égard, m'ont aidé à nouer des

- 2 -

contacts avec les autres membres de différentes équipes.

A plus d'un titre, certains membres du jury ont également contribué

à

la réalisation de ce travail: M. POUYAUD, Directeur du Laboratoire d'Hydrologie de l'ORSTOM

à

Montpellier où j'ai éffectué la majeure partie de mes traitements de données ,a su me mettre dans un cadre de travail appréciable et a suivi avec attention et bienveillance le déroulement de mes travaux. M. BOCQUILLON a bien voulu m'accueillir au Laboratoire d'Hydrologie Mathématique <LHM) de l'Université de Montpellier, où j'ai eu l'insigne honneur de travailler sous la direction de M. DESBORDES dont l'expérience de pionnier a servi de support pour l'essentiel des études menées ici.

En acceptant de participer également

à

ce jury, MM. ALQUIER et LE BARBE me font un grand honneur.

Que tous en soient sincèrement remerciés.

Parmi tous ceux qu'il m'a été donné de rencontrer au cours de la réalisation de ce travail et/ou qui y ont apporté leur concours, il faut citer en particulier, M. 6IODA, M. MAHIEUX, M. HOORELBECK, M.

COCHONNEAU, Mlle DIEULIN, M. BOUVIER, M. SE6UIS, M. CARRE, tous de l'ORSTOM, M. RAOUS du LHM, M. DIOP du BCEOM, M. BOTTA de l'ENSP de Yaoundé. Je leur sais gré des différentes interventions qu'ils ont effectuées au cours de la réalisation de ce travail.

Je ne saurais oublier les différents responsables de l'Institut

- 3 -

de Recherches

G~ologiques

et Minières (I.R.G.M.>, sous la

responsabilit~

scientifique et financière de qui je travaille au

Cameroun, et en particulier, Monsieur le Directeur SaBA DJALLa, et

Monsieur E. NAAH, Chef de Centre de Recherches Hydrologiques, qui

m'ont laissé la possibilité de poursuivre ce travail commencé au

cours de mon stage de formation.

J'appr~cie

également

à

sa juste

valeur l'ambiance très amicale qui règne au sein de l'équipe de

chercheurs et techniciens de l'Institut, et qui est favorable

à

la

collaboration tant utile pour la recherche.

- 4 -

R E S U M E

L'hydrologie Urbaine se définit comme l'étude du cycle naturel et influencé de l'eau en milieu urbanisé. Elle peut ~tre

considérée comme une science de l'environnement. D'un point de vue pratique, l'une de ses applications principales a pour objet la détermination des débits (de fréquence donnée) à prendre en compte pour calibrer les ouvrages d'évacuation des eaux de ruissellement pluvial sur les bassins urbains.

Pour atteindre cet objectif, de nombreux modèles ont été mis au point dans les pays dévellopés. En Afrique tropicale en particulier, ces modèles se sont avérés inadaptés, et les tentatives d'adaptation entreprises jusque là n'ont pas abouti à des résultats définitifs. Parmi ces modèles celui de CAQUOT nous paraît, du fait de sa simplicité et du fait qu'il est bien connu des utilisateurs d'Afrique (francophone), assez indiqué pour beaucoup de situations dans la région. Pour un coût de mise en oeuvre relativement faible, il fournit une précision de calcul acceptable dans beaucoup de cas.

A partir des études expérimentales éffectuèes sur quelques bassins urbains d'Afrique tropicale, nous proposons une adaptation de ce modèle aux conditions d'urbanisation et climatiques de la région.

Nous proposons en second lieu, une analyse du ruissellement sur nos bassins au moyen d'un modèle conceptuel, qui s'adapte mieux aux systèmes d'assainissement complexes.

- 5 -

A B 8 T R A C T

Urban hydrology is the study of the natural and influenced cycles of water on the urban environment. From a purely practical point of vue, one of its principal areas of application, has as its main goal, the determination of flows, of given frequencies, for designing urban storm-drainage facilities, for the collection and disposaI of stormwater.

To meet this objective, many models have been proposed for use in developed countries, but attempts to adapt these to some african countries have so far not given reliable results. However, CAQUOT's model, widely used in french speaking african countries - because of its simplicity and low running cost- gives rise to acceptable errors in many cases when carefully calibrated.

In this study an adaptation of CAQUOT's formula for use in with data

tropical african countries by calibration

.~ ~~^.. obtained from

some drainage basins within this region is proposed.

Further more, an analysis of runoff from these basins using a conceptual model which adapts weIl to complex drainage systems is also proposed.

- 6 -

SDMMAIRE

Page

AVANT-PROPOS.. . . • • • • • • . . . . • • • . • • . • • • • • . . . • . . . . • • • . . . • 1 RESUrlE. . . • . • • . . . • . . . • . . . • . . . 4 ABSTRACT . . . • • . . . • • . • • . . • . . . • • . • 5

SOt-1MA l RE ••••• ^{::a a} • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •6

INTRODUCTION GENERALE . . • • . . . • • . . . . • . . . • • . • . . • . . . • . . . • • • 8 GENERALITES SUR L'HYDROLOGIE URBAINE. . • . . • • . . • • • . . . . • • . • . . . 13

· Introducti on 14

.Analyse théorique du comportement des terrains

perméables et imperméables en zone urbaine . . . . • • . . . • . . . 18 MODELES DE TRANSFORMATION PLUIE-DEBIT UTILISES SUR

LES BASSINS VERSANTS URBAINS••...••.•....••••••••..•••..•... 23 .Quelques modèles de ruissellement en milieu urbain en

usage dans les pays dévellopés .•••••••...••••••..•••••••• 25 .Approches du problème en Afrique tropicale . . . . • . • • . • . . • . • 43

· Conclusion 45

CADRE DE L'ETUDE... . . . . • . • . . • . . 47

· Générali tés 48

.Présentation des sites •••.••••••.••••.•..•.•••...••...• 54 .Equipement des bassins . . . • . . • . • • . • • . • . • • . • . . . • • . . • . • . . . • • 62 .Les modes de gestion des stations ••.•••••.••••.•.•••••••. 65 .Critique des données • • . . . • • • . . . . • . • . . . • • . . • • . . • • . . 82 .Evaluation des incertitudes associées aux mesures des

variables hydrologiques • . . • • . . • • • • . . . • • • . . . • • . . . • . . . • . 83 ADAPTATION DU MODELE DE CAQUOT . . . • . . . • • . . . • • . . . • . . . • • 96 .Etude des paramètres .••.••.•..••...•.•.••..••••••.•••..•. 97

- 7 -

.Résultats de l'adaptation de la formule de CAQUOT 147

• Con c 11.-1sion . • . . . • . . • . • • . . . • • . . • . . . • . • • • . . . 156

ANALYSE DU RUISSELLEMENT PAR UN MODELE CONCEPTUEL ..•.•.••••..• 163 .Description du modèle • . . . • . . . • . • . . . • . . • • 164 .Détermination du paramètre K••.•..••..•••....•••.••... 167 .Reproduction des hydrogrammes à l'aide du modèle ....•••. 185 .Interprétation du paramètre K,utilisation du modèle

au stade de projet.K . . . • . . . • . . . • . . • • . . . • . . . . 191

.ConclLlsion 193

CONCLUSION GENERALE DE L'ETUDE ..••••....•••.•••.••....••••••.. 195

BIBLIOGRAPHIE · 202

A~JNEXES•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• • 216

LISTE DES TABLEAUX ••••••••••••.••••••••••••••••.•••••••.•••••• 237 LISTE DES FIGURES .•.•••.••..•.•••••..•••••••..••••••.••••... 239 TABLE DES MATIERES.•••••• ~ ••.••••••••••••••••••••.••.•••..•••• 241

- 8 -

INTRODUCTION GENERALE

- 9 -

INTRODUCTION

L'urbanisation accélérée est un phénomène commun à beaucoup de pays du monde. Elle s'accompagne de nuisances diverses contre lesquelles il devient nécessaire de l u t t e r . Parmi elles, les problèmes hydrologiques en général, et des eaux de ruissellement en particulier occupent une place de choix.

En effet, l'imperméabilisation des sols, conséquence primordiale de l'urbanisation (toit de maison, routes bitumées etc . . . >, conduit à l'accroissement des débits et volumes ruisselés, d'o~ l'observation de véritables "crues urbaines" qui sont à l'origine d'inondations en cas de débordement du réseau.

Les dégats causés par ces inondations sont parfois considérables, et peuvent être aggravés par la présence d'eaux usées dans les flots de débordement (cas des réseaux unitaires - incluant eaux usées et eaux de ruissellement pluvial dans le même système - ou des réseaux pseudo-séparatifs fréquents en Afrique>.

Pour combattre efficacement ces nuisances ou du moins pour en limiter la fréquence, de nombreuses méthodes de calcul d'ouvrages d'assainissement pluvial ont été mises au point de par le monde, mais la grande complexité du problème fait qu'elles ne permettent pas toujours une résolution adéquate.

En Afrique en général, les ouvrages d'assainissement pluvial

- 10 -

sont calculés au moyen des méthodes mises au point dans les pays développés. Selon le constat de plusieurs auteurs (L. LEMOINE et al - 1972, J. CRUETTE - 1975, LE BARBE - 1982), ces méthodes se sont avérées inadaptées à l'Afrique tropicale où les conditions climatiques et les modes d'urbanisation sont différents. D'autre part, la presence de terres nues dans des proportions souvent considérables dans les villes africaines et l'érosion qui s'en suit (une étude de M. GORDON WOLMAN (1975) montre que l'érosion augmente de 2 à 100 fois dans les régions urbaines) ,entraînent un envasement souvent rapide des réseaux classiques de collecte des eaux de pluie. Quelques adaptations de certaines de ces méthodes aux conditions africaines ont été tentées, mais aucun résultat

définitif n'a déjà été retenu.

En nous inspirant des travaux de DESBORDES (1974) sur le modèle de CAQUOT pour son application en France, et à partir des études expérimentales entreprises sur des bassins urbains africains (dont 4 à Yopougon (Abidjan) en particulier), nous avons voulu proposer dans cette étude, une nouvelle adaptation de ce modèle aux conditions africaines. DESBORDES conclut son étude du modèle par cette phrase

..

"Les hypothèses du Modèle de

M.

CAQUOT semblent donc avoir reçu quelques vérifications expérimentales et doivent être proches de la réalité dans de nombreux cas. Elles doivent, du moins, fournir un ordre de grandeur correct, dans la mesure où les paramètres du modèle sont convenablement estimés". En plus de ce jugement favorable, on peut remarquer que ce modèle est toujours utilisé en France, et

- Il -

depuis 45 ans, on a rarement observé de grosses erreurs de dimensionnement des ouvrages. De plus, la majorité des calculs de réseau en Afrique <francophone) est actuellement conduite au moyen de ce modèle. Il est donc bien connu des utilisateurs.

Dans ces conditions, malgré les insuffisances bien connues de ce modèle et compte tenu du budget en général assez limité de nos collectivités locales pour mettre sur pied des modèles sophistiqués plus coûteux, nous pensons qu'il peut encore convenir à beaucoup de situations et qu'il sera encore largement utilisé dans le futur.

Bien entendu, chaque fois que ce sera possible, on devra se tourner vers des modèles conceptuels plus performants,

d'assainissement des

susceptibles d''être utilisés complexes

dans le comportant

cas des

et seuls systèmes réservoirs d'accumulation par exemple, ou d'autres ouvrages spéciaux.

Dans cette optique, principales :

notre étude comportera deux parties

Une première partie consacrée à l'ajustement du modèle de CAQUOT <chapitre IV).

Une deuxième partie présentant une analyse du ruissellement sur nos bassins au moyen d'un modèle conceptuel simple <chapitre V).

Mais auparavant,

- 12 -

nous auront rappelé les différences essentielles existant entre l'hydrologie urbaine et l'hydrologie classique en zone rurale (chapitre 1), donné un bref aperçu sur les différents types de modèles en usage dans les études du ruissellement en zone

sites expérimentaux,

urbaine (chapitre II), puis critiqué les données et

présenté nos évalué les incertitudes associées aux mesures des différentes variables hydrologiques (chapitre III).

""~

..

:-';;

";;.." , .

- 13 -

CHApITRE· I

GENERALXTES SUR L'HVDROLOGIE

URBA:;I:NE

. .~':,

- 14 -

1. GENERALITES SUR L'HYDROLOGIE URBAINE

1 - 1. INTRODUCTION

On définit le ruissellement comme étant l'eau qui, parvenant au sol ,n'est pas absorbée par lui et coule plus ou moins librement à sa surface. REMENIERA (1976) précise qu'il s'agit de l'écoulement par gravité à la surface du sol, suivant la pente du terrain, et

météoriques qui

dans le micro-réseau hydrographique, des eaux ont échappé à l'infiltration, à l'évaporation et au stockage superficiel. Les facteurs qui conditionnent ce ruissellement sont d'ordre climatologiques et physiographiques.

Quand elle existe, la végétation joue également un rôle très important.

Parmi les facteurs climatiques, les plus importants sont les précipitations qui influent par leur volume, leur intensité, leur durée, leur répartition spatiale et le déplacement de l'averse sur le bassin ; les autres facteurs climatiques (évaporation et transpiration) sont d'une importance secondaire en zone urbaine pour notre propos.

Pour les facteurs physiographiques, les plus déterminants sont la nature du sol,

bassin versant.

la forme, les dimensions et la pente du

La végétation

- 15 -

intervient surtout sur le phénomène d'infiltration,

superficielle.

sur l'interception et sur la retention

Sous l'égide de ces différents facteurs, la somme des précipitations reçues par un bassin pendant une averse peut être grossièrement répartie comme suit

. .

^{une partie de l'eau}

précipitée s'infiltre dans le salau est retenue en surface (partie perdue au sens du bilan effectué par rapport au ruissellement), et l'autre partie rejoint le réseau de drainage après avoir suivi différents cheminements à la surface du sol. Il ne se produit pas de ruissellement tant que l'intensité de la pluie ne dépasse pas la capacité d'infiltration du sol.

De ce fait, en zone rurale et en déhors de quelques cas particuliers, les averses entraînant le plus grand ruissellement sont celles survenant après la saturation du sol, les meilleures conditions de ruissellement étant données par les sols nus.

Par contre, en zone urbaine, du fait d'une imperméabilisation très importante du sol (toitures, voiries, aires de stationnement des véhicules etc ••• ), il Y aura en moyenne une diminution notable des quantités d'eau infiltrées (d'où diminution de la recharge des aquifères). La vitesse à laquelle l'eau s'écoule à la surface du sol (imperméabilisé) est également plus grande, d'où une réduction

des bassins versants.

du temps de réponse

- 16 -

En somme, du fait d'une moindre variabilité spatiale des paramètres régissant la transformation de la pluie en débit (à cause de la nature artificielle des surfaces réceptrices et des réseaux de drainage), le ruissellement en zone urbaine se différencie du ruissellement en zone rurale par son aspect plus déterministe.

En plus de cet aspect déterministe, le ruissellement urbain est étudié à des échelles de temps et d'espace plus réduites, allant de la minute à quelques minutes pour le temps, et de

l'hectare à quelques centaines d'hectares pour les surfaces.

Pour illustrer tout ce que nous venons de dire nous montrons dans la figure 1, le cas typique d'un bassin dont la zone aval sera urbanisée (tirée du cours de M. WI5NER, Professeur à l'Université d'Ottawa (Canada».

On note sur cette figure que l'effet de l'urbanisation est considérable accroissement des volumes ruisselés et des débits de pointe en particulier, temps de réponse beaucoup plus réduit.

Cette analyse rapide du comportement des zones à fort taux d'imperméabilisation et de celui des zones naturelles montre qu'il serait convenable d'étudier séparément le comportement des zones imperméables et des zones perméables en milieu urbain.

- 17 -

Fig· N° 1

a) bassin ve~sant

... .. ..

Sous Bassin A :Zone rurale A= 30,21 KH2

Bassin B urbanisé

=

10,36 KM2

140 hydrogramme

à

la sortie

de B après urbanisation du sous bassin B

111 hydrogramme à la sortie

- - - - de B dans les conditions naturelles

85

57 b/ Hydrogra:nmes a la sortie

de B

5

tem s (en heures) 10

28

15 COMPARAISON DES HYDROGRAMMES DE RUISSELLEMENT A LA SORTIE D'UN BASSIN AVANT ET APRESURBANISATION D'UNE PARTIE (B)

(D'après M.WISNER)

1 date

1

des. . _ _ .

- 18 -

1 - 2. ANALYSE THEORIQUE DU COMPORTEMENT DES TERRAINS PERMEABLES ET IMPERMEABLES EN ZONE URBAINE

1 - 2.1 Comportement des terrains imperméables

Du fait de leur plus pertes à l'écoulement très

grande aptitude à ruisseler et des réduites, les méthodologies d'étude du ruissellement en zone urbaine sont axées essentiellement sur les surfaces imperméables.

En effet, l'infiltration et le stockage en surface, généralement faibles dans les

pertes initiales avant la mise

zones imperméables font que en route du ruissellement

les sont relativement faibles.

presque immédiat

I l en dans ces

résulte zones

que et

le ruissellement le coefficient

est de

ruisselés y sont donc premier.

arrivent à l'exutoire en ruissellement très élevé, est peu

importants et

varia.ble. Les volumes

C'est pour cette raison que certains auteurs pensent que seules ces surfaces devraient _~tre prises en considération pour évaluer les débits utilisés dans le calcul des réseaux (DESBORDES - 1974). D'autres vont _m~me plus loin, en proposant que seules les surfaces imperméables en liaison directe avec le réseau

(surfaces actives) soient prises en considération (DESBORDES 1974, WILLIAt"1 _M. et AL 1983). Le rôle des surfaces

- 19 -

imperméables est donc fondamental.

l - Comportement des surfaces perméables

Les surfaces perméables se caractérisent par des pertes au ruissellement beaucoup plus importantes. Ces pertes sont très variables en fonction de l'état de saturation du sol. On les classe habituellement en deux catégories: les pertes initiales comportant l'interception par les végétaux, le stockage dans les dépressions de la surface du sol et l'infiltration avant le début du ruissellement ; les pertes continues constituées par l'infiltration et l'évaporation.

Etant donné 17importance relativement réduite de la végétation en zone urbaine, 17interception peut ~tre considérée comme négligeable. On cite des valeurs comprises entre 0,2 et 1,5 mm de pluie (DESBORDES - 1974).

Le stockage en surface par contre peut ~tre important. Il est d'autant plus fort que les pentes des terrains sont faibles.

LAFFORGUE et NAAH (1976) ont mesuré des valeurs atteignant 4 mm sur parcelles expérimentales. Pour son étude du ruissellement à Ouagadougou L. LE BARBE (1982) a trouvé des valeurs comprises entre 5 et 7 mm. Dans les zones cultivées, on peut m~me dépasser les 10 millimètres.

L'évaporation peut ~tre considérée comme ne jouant un rôle

- 20 -

que sur l'humidité du sol après la pluie.

Au début de chaque averse, le taux d'infiltration est fonction du degré de saturation du sol, c'est-à-dire des pluies antérieures. Ce taux diminue constamment au cours de l·averse jusqu·à une valeur minimale. C'est un phénomène assez bien étudié en hydrologie rurale classique.

Un concept simple basé sur le modèle d'infiltration de HORTON a été développé pour usage dans la modélisation du ruissellement vis-à-vis des précipitations. Cette équation proposée en 1939 est de la forme

F

(t)

- Fc

F(t)

- t

=

^{Fc + (Fa - Fc) e-K T où}

est la vitesse initiale de l·infiltration (mm/h),

la vitesse limite minimale de l'infiltration (mm/h),

la vitesse de l'infiltration au temps t (mm/h), une constante pour des conditions initiales données, un sol donné et dans un état de végétation donné,

le temps écoulé depuis le début de la pluie.

Cette loi a été confirmée par des expériences récentes sur parcelles, sous pluies simulées (LAFFORGUE et NAAH - 1976 CASENAVE (A) 1982 CHEVALLIER (P) 1982 etc ••• ). Une de ces

- 21 -

expériences menées à Adiopodoumé (LAFFORGUE et NAAH> dans des conditions comparables à ce que nous rencontrons sur notre terrain d'expérience - Yopougon est assez pertinente. Ils trouvent des vitesses d'infiltration (soit F(t» dépassant 100 mm/h, c'est-à-dire l'ordre de grandeur de la pluie décennale en une heure dans la région d'Abidjan (SIGHOMNOU

qui est assez considérable.

(0) - 1983> ce

Dans les cas d'urbanisation dense de type européen, les surfaces non imperméabilisées sont généralement constituées par des parcs, jardins, terrains de sport, cimetières, présentant des capacités d'infiltration élevées. En outre, ces espaces d'ampleur limitée sont généralement isolés des réseaux de collecte des eaux pluviales (murets de séparation des jardins, bordures de limitation des aires de plantation etc ••• >. Le ruissellement en provenance de telles zones est donc assez limité et également beaucoup plus retardé par rapport à celui en provenance des zones imperméables. Il peut donc raisonnablement ~tre négligé. Seules les zones de quelque étendue, comme les bassfns versants

agricoles ou naturels, agglomération, et

drainées par le réseau de collecte des eaux pluviales de cette dernière, peuvent contribuer éventuellement au volume du ruissellement total et parfois au débit de pointe.

Par contre, en dehors de quelques cas particuliers, les villes africaines sont caractérisées par une moindre imperméabilisation en moyenne. Les espaces naturels sont en

- 22 -

général plus vastes, et sont très rarement isolés du réseau de collecte des eaux pluviales comme en Europe. Ils peuvent donc bien contribuer au ruissellement, surtout dans le cas des sols peu perméables et à couvert végétal peu dense. De même, les routes non bitumées et autres surfaces nues telles que les cours de maison, les terrains de sport et autres aires de stationnement, mais qui sont faites de terre bien tassée doivent avoir un assez fort coefficient de ruissellement (plus de 50

ï.>.

Leur apport au ruissellement immédiat peut donc être considérable. Dans ces conditions, et dans de meilleures conditions de ruissellement (lors des longues pluies hivernales en Europe ou des pluies de mousson en Afrique>, on peut avoir des coefficients de ruissellement très largement supérieurs au coefficient d'imperméabilisation (ou coefficient d'urbanisation>

théorique.

Pour de tels bassins, il est donc possible que l'on puisse constater une contribution non négligeable des zones perméables au débit de pointe. On peut remarquer ici que l'érosion notable dans de telles zones peut poser de sérieux problèmes d'exploitation dans les secteurs aux réseaux déjà établis (envasement>.

- 23 -

CHAPITRE I I

MODELES DE TRANSFORMATION P L U I E - D E B I T UT7LXSES SUR

LES BASSINS VERSANTS

URBAINS

- 24 -

II. MODELES DE TRANSFORMATION PLUIE-DEBIT UTILISES SUR LES BASSINS VERSANTS URBAINS

Les processus de transformation pluie-débit étant des phénomènes particulièrement complexes, leur description par une théorie générale intégrant la totalité des facteurs influants

(facteurs climatiques et physiographiques>

aisée.

n^{7 e s t} pas chose très

On procède souvent par modélisation. Cette modélisation peut être réalisée suivant diverses voies, en particulier:

Les modèles ne donnant seul élément de l'hydrogramme (généralement le débit de pointe>, eux-mêmes se subdivisant en modèles fondés

(débimétriques, volumétriques>.

sur des théories simplifiées

complet.

Les modèles donnant l'hydrogramme de ruissellemment

Le premier groupe de modèles relève de la conception ancienne de l'assainissement

_, .

_{il ne permet pas une analyse}

suffisamment fine des conséquences de l'urbanisation. Le deuxième groupe de modèles dit "complexes" a l'avantage de définir l'hydrogramme de ruissellement complet, très utile par exemple

- 25 -

dans le cas des réseaux comportant des bassins de retenue ou autres ouvrages spéciaux.

D'autre part, l'expérience a montré (L. LEMOINE et al

1972~

J.

CRUETTE - 1975, LE BARBE - 1982) que les méthodes en usage dans les pays dévéloppés s'adaptent assez mal en Afrique tropicale où les conditions climatiques, les modes d'urbanisation et les types de sols sont différents.

Compte tenu de cette inadaptation et de cette diversité des méthodes, il ne s'agira dans ce chapitre, que de brefs exposés sur les caractéristiques essentielles de quelques modèles couramment utilisés dans les pays développés, dans une première partie, puis dans une deuxième partie, nous analyserons les différentes approches du problème en Afrique tropicale.

II - 1. QUELQUES MODELES DE RUISSELLEMENT EN MILIEU URBAIN, EN USAGE DANS LES PAYS DEVELOPPES

II - 1.1 La Méthode Rationnelle

Elle compte parmi les très anciens modèles encore en usage en hydrologie urbaine. Sous sa forme initiale, elle s ' é c r i t :

Qp (T)

=

C.i

(te:,

T). A <II - 1>.

- 26 -

Elle donne le débit de pointe ^Qp(T) de période de

retour

T,

^à l'exutoire d'un bassin versant de superficie A, de coefficient de ruissellement C, sous une averse de durée égale au

"temps de concentration" tc du bassin et d'intensité moyenne i (tc, T) de période de retour T.

Le concept de temps de concentration (ou temps caractéristique) est à la base de cette méthode. Il est défini comme le temps mis par l'eau partant du point le plus éloigné de l'éxutoire (en durée d'écoulement) pour rejoindre ce dernier. La méthode est fondée également sur les trois hypothèses suivantes:

peut être observé à le débit de point ne

l'averse a une durée

l'exutoire que

du bassin de temps égale au

la totalité moins

effet, en

au ce moment là,

concentration.

A

si

contribue à la formation de la pointe de débit,

le débit de pointe n'est fonction que du volume de l'averse tombée au cours du temps de concentration. Cette hypothèse implique la linéarité de la transformation de la pluie en débit,

le débit de pointe a même période de retour que l'intensité moyenne

coefficient C ne soit

qui le pas une

provoque. Ceci suppose variable aléatoire ; en

que le fait il est, notamment en zone rurale ou faiblement urbainisée, fonction de l'état du sol au début de la période de forte intensité de la

- 27 - pluie.

Ces trois hypothèses ne peuvent ~tre que très rarement vérifiées. Elles correspondent au fait à une analyse simplifiée du phénomène de ruissellement sur le sol et d'écoulement dans le réseau, qui suppose implicitement que le bassin versant présente une homogénéité spatiale de tous les facteurs conditionnels nature du sol et de sa couverture, coefficient de ruissellement, pentes, rugosités, etc ••• >. Une telle homogénéité n'est rencontrée que dans des cas très particuliers comme les autoroutes et les

qu'on rencontre fréquemment pistes

celles

d'aérodromes. Dans les cas d'urbanisation telles que en Afrique (comportant encore beaucoup de zones naturelles et des quartiers dits à "habitat spontané " au plan d'urbanisation encore inexistant), de telles simplifications ne sauraient seules convenir.

On sait aujourd'hui (DESBORDES, 1974 ; P. FOUQUET et al, 1978) que la formule rationnelle conduit à une surestimation des débits de pointe, si les paramètres sont correctement estimés, et m~me dans le cas des bassins homogènes.

Plusieurs essais d'amélioration de la formule ont été effectués, les uns portant sur l'estimation de l'abattement spatial de l'intensité d'un orage autour de son épicentre, d'autres sur une meilleure estimation du temps de concentration.

C'est ainsi que des versions modifiées de la formule ont été proposées. La plus connue (en France> est celle de CAQUOT (1941>.

- 28 -

Ces nouvelles versions donnent débit de pointe, suivant

des expressions plus explicites du de plus près la réalité de la transformation de la pluie en débit.

II - 1.2 Le modèle de CAQUOT

C'est l'un des modèles les plus couramment utilisés en hydrologie urbaine en France. Comme le précédent, il permet de connaître le débit de pointe Qp(T), de période de retour T,

à partir de la connaissance des caractéristiques du bassin. Le principe de base du modèle repose sur le principe de la conservation des volumes mis en jeu dans le processus de ruissellement, durant l'intervalle de temps séparant le début de l'averse et l'instant où l'on observe le débit maximum Q~ à

l'exutoire du bassin.

Soit en effet un bassin versant caractérisé par sa surface A (ha>, sa pente l (m/m), son coefficient de ruissellement (C), et qui reçoit entre les instants 0 et

e

^(mn), une hauteur de pluie H

(mm). Le volume d'eau (V) qui participe au ruissellement sur le bassin peut être évalué par la relation :

V

=

^{10 CHA a (II - 2)}

dans laquelle a traduit l'influence de la distribution spatiale des averses sur le bassin versant. Cette influence est souvent représentée par un coefficient de réduction de la

surface, mis

- 29 -

par commodité sous la forme A-~.

10, coefficient homogène des unités, La formule <II - 2) s'écrit alors également:

v

=

10 C H ^A1-E

Le principe de conservation des volumes évoqué ci-dessus permet de décomposer le volume V et d'écrire:

10/60 CHA 1-E

=

^{<ôtc +}

ee)

Q~

avec

<II - 3)

tc

e

=

"temps de concentration" du bassin en mn

=

durée en minute au bout de laquelle apparaît le débit maximum Qp

ôtc Qp

=

volume stocké en surface et dans le réseau entre 0 et tc

=

volume écoulé à l'exutoire entre 0 et

e

=

débit maximum en m~/s

10/60

=

coefficient dépendant des unités choisies.

En supposant

e

⁼ tc, l'équation <II - 3) s'écrit encore:

1/6 C ^A1-E

li =

Q~

<e

+ ô) tc

H/tc représente l'intensité moyenne, i<tc), de la pluie sur la durée tc. Or, pour une période de retour T, l'intensité moyenne maximale sur toute durée t peut ~tre représentée <régionalement) de façon approximative par des relations du type GRISOLLET ou

- 30 -

MONTANA

i(t,T) (II - 4)

(représentati on mathématique des courbes

"intensité-durée-fréquence" dans laquelle a et b sont des coefficients variant avec T et la région où sont observées les précipitations).

L'équation (II - 3) peut alors s'écrire, pour le débit maximum Qp(T) de période de retour T :

Qp(T)

=

1 C a(T)tc^b CT ) A1-~

6W + 8)

( l I - 5)

Des études théoriques de CAQUOT, portant sur les temps d'écoulement sur le sol et dans le réseau ont conduit à une expression du temps de concentration, tc, de la forme :

tc.

=

^{).1 le: Ad} Q""p (II - 6)

avec 1 la pente moyenne du bassin le long du parcours de l'eau, en m/m;

V,

c, d et f des coefficients numériques d'ajustement; A en hectares et Qp en m~/s.

La combinaison des équations (II - 5) et (II - 6) conduit à une expression explicite du débit de pointe, s o i t :

1 bd+1-E

x C1-b~ X A1-b~

- 31 -

(II - 7)

(a et b étant de m~me période de retour que Q~)

Ainsi, le modèle de CAQUOT comporte 9 paramètres de calage caractéristiques du bassin et du climat régional. La connaissance de ces paramètres ramène le modèle à la forme monôme bien connue:

<II -8)

Cette formule est appelée parfois 'formule "superficielle".

Les hypothèses du modèle de CAQUOT sont proches de la réalité dans la mesure où les bassins versants présentent des distributions homogènes de pente et de coefficient de ruissellement. Il doit dans ce cas donner des ordres de grandeur corrects pour les débits dans la mesure où les paramètres sont correctement estimés et en particulier si les paramètres pluviométriques utilisés sont issus de l"analyse de la pluviométrie locale. Ce modèle ne saurait par contre ~tre

applicable à des bassins versants de grandes dimensions très rarement homogènes.

Quelques adaptations aux bassins versants hétérogènes ont été proposées (DESBORDES 1976) mais elles restent valables

- 32 -

pour les bassins versants de taille modeste (inférieure ou égale à 200 ha en France) et à des réseaux ramifiés ne comportant pas d'ouvrages spéciaux de type bassin de retenue etc .••

L'intér~t principal du modèle réside dans sa simplicité; il permet d'utiliser au mieux l'information pluviométrique dont on dispose, et donne la valeur du débit de pointe sous une forme monôme régionale, se traduisant simplement en abaques d'un emploi commode pour le projecteur. Si les valeurs numériques des paramètres sont assorties d'un domaine de validité, le modèle de CAQUOT reste donc un outil de travail appréciable. Nous reviendrons plus en détail sur

Ce

modèle au chapitre suivant.

En règle générale, les méthodes pontuelles de calcul des réseaux d'assainissement, m~me les plus élaborées, ne peuvent conduire qu'à un ordre de grandeur des débits de pointe. Leur emploi est donc forcément limité. Pour le calcul des réseaux complexes, dans le cas de bassins urbains de grande taille, elles devraient ~tre remplacées par des modèles plus performants, décrivant l'aspect dynamique de la transformation de la pluie en débit. On devrait en particulier pouvoir connaître l'hydrogramme dans son intégralité, pour permettre leur sommation à un point de convergence du réseau, ou pour le dimensionnement des bassins de régulation. De tels modèles existent et sont opérationnels dans de nombreux pays. Leurs performances jouent en leur faveur et on peut penser qu'ils remplaceront progressivement les méthodes traditionnelles de calcul.

- 33 -

II - 1.3 Les modèles conceptuels

Ils entrent souvent dans la composition des programmes complets de simulation des écoulements dans le réseau, qui se présentent généralement en une succession de sous-modèles, chacun traitant une étape du cycle de l'eau ou du calcul de réseau d'assainissement.

Le sous-modèle de pluie donnera par exemple (suivant son degré de raffinement) des épisodes pluvieux les plus semblables possible à la réalité en simulant leur structure fine, leur déplacement sur le bassin, leur distribution spatiale d'intensité instantanée, etc ••• Pour l'établissement d'hydrogrammes complets, certains auteurs font appel à la technique des "pluies de projet"

(DESBORDES 1975) , qui remplacent les courbes

"Intensité-durée-fréquence" des méthodes ponctuelles. Elles sont composées à partir des caractéristiques fondamentales des averses orageuses de la région. On peut également utiliser des hyètogrammes réellement observés.

Le sous-modèle de ruissellement (celui qui nous intéresse le plus ici) réalise la transformation de l'averse orageuse en un hydrogramme d'écoulement entrant dans le réseau de collecteurs.

Les plus élaborés de ces sous-modèles prennent en compte la

phénomènes hydrologiques, naturelles.

réponse des surfaces perméables permettent d'ignorer la complexité des

Ces méthodes

- 34 -

en ramenant le bassin versant à un transformateur (une sorte de boîte noire) qui reçoit une entrée

réponse à la sortie (le débit).

<Ia pluie) et fournit une

Le

transfert

sous-modèle de propagation de l'hydrogramme précédent

hydraulique dans le

réalise réseau

le de collecteurs.

On peut avoir des sous-modèles supplémentaires, par exemple pour le dimensionnement de collecteurs, pour le calcul des coûts de construction etc •••

Tous ces sous-modèles traduisent les transformations physiques du cycle de l'eau,

(pour les réseaux déjà en d'assainissement.

et conduisent place) ou à un

Ils permettent

à une vérification calcul précis des une définition informatisée des réseaux particulièrement puissante, mais cette démarche peut nécessiter des traitements informatiques lourds et coûteux.

Une image des modèles conceptuels peut ~tre donnée par une succession de réservoirs en série ou-et-en parallèle (fig. 2) dont on choisit les lois de vidange de façon à obtenir une réponse identique aux observations faites sur des bassins versants réels. On peut envisager deux classes de modèles:

les modèles linéaires qui se rattachent à la théorie de

-

³⁵

^-

Fig. 2

rr'1AGE DES MODELES CONCEPTUELS

~i(t) ~

^{i(t) 11}

~i(t)

1 1

1 1 1

...

^~ 1

...

) ~ ⁾

, ..

"

^0.-

- - - -

~ - - -

+ - - -

)

L. _

...

^.. Q(t)

- -

1

l~~I~1

... -...- - - -...---...---..-.._--....

- 36 -

l'hydrogramme unitaire de SHERMAN, et pour lesquels l'équation différentielle du processus est linéaire,

les modèles non linéaires pour lesquels l'équation différentielle du processus est non linéaire.

Bien que les processus d'hydrologie soient non linéaires, les premiers sont les plus utilisés à cause de leur simplicité, un traitement rigoureux des seconds n'existant pas pour le moment d'une part, la difficulté de leur mise en oeuvre n'étant pas en rapport avec la précision des données dont on dispose d'autre part. L'utilisation des modèles linéaires suppose donc que la transformation réelle, non linéaire, peut ~tre approximée par une transformation linéaire prenant en compte les caractéristiques moyennes de l'entrée (hauteur de pluie et sa durée>. DESBORDES

(1974> qualifie ce type de modèle de "pseudo-linéaire".

Nous proposons dans ce qui suit deux exemples de modèles de ce type ; le modèle du "Road Research Laboratory", (RRL> et le modèle du reservoir linéaire utilisé par le Laboratoire d'Hydrologie Mathématique (LHM>

dans le programme RERAM.

de l'Université de Montpellier

II - 1.3.1 Le modèle du R R L

C'est une méthode utilisée surtout au Royaume-Uni.

L'idée de départ du modèle consiste à découper le bassin

- 37 -

versant en différentes zones Ax, A:z, •••.• , Ak s • • •• An

par des lignes isochrones de ruissellement, telle qu'une goutte d'eau tombant sur celle-ci arrive à l'exutoire en des temps t l , t2, , tk, . . • . . • . . . . • . tn. Si dt est le pas de temps choisi pour décomposer le hyètogramme de pluie nette,

t j

=

^{j x .At.}

exutoire Q(t>

Si on appelle i 1 l'intensité de la pluie nette pendant la première tranche de temps et i~ l'intensité de la pluie

pendant la j ième tranche de temps, et si l'on suppose le ceofficient de ruissellement C de chaque surface élémentaire constant pendant l'averse, on peut calculer le débit à l'exutoire du bassin par des relations du type :

Qx

=

^{C1 A1 i x}

Q:z

=

^{Cx A1 i:z +} C:z A:z i ¹

j

Q.^d 1: Ck Ak i~-k""x si j

s

ⁿ

k=l n

Q~ =1: C_k.~ K Ak i~-k""x si j

>

ⁿ

- 38 -

Les données enregistrés

utilisant considéré

hyètogrammes calculés en des

sont modèle

du

; les hydrogrammes sont aire/temps. Le réseau est ou synthétisés

des diagrammes

pointe de crue. La transmission comme un système

celui engendrant la

de stockage, le volume maximum stocké étant du flux dans le système est considéré comme se faisant à vitesse constante, indépendamment du débit.

Telle que conçue initialement, cette méthode ne tient compte que des surfaces imperméables en liaison directe avec le réseau ou surfaces actives. Elle ne convient donc qu~aux zones ~ assez fort degré d~urbanisation. L~autre inconvénient de la méthode tient au fait qu~elle considère que l~écoulement dans les canalisations se fait à pleine section (donc à la vitesse maximale>, ce qui n~est pas conforme à la réalité.

L~utilisation d~un tel modèle en Afrique tropicale, pour des bassins relativement peu urbanisés nécessite des adaptations qui doivent permettre de tenir compte du retard et de l~atténuation

des volumes ruisselés par stockage, dans les zones perméables.

Plusieurs auteurs ont proposé de telles modifications (L.H.

WATKIN5 et al - 1978, M.H.

de résoudre le problème

DI5KIN - 1980 etc .•• >, ils proposent en adoptant deux sous-modèles, l~un

traitant les surfaces perméables et l~autre les surfaces imperméables. L~hydrogramme total est trouvé en sommant les hydrogrammes issus des différents secteurs.

- 39 -

L~ modèle à cascades parallèles de H. DISKIN

Comme on vient de le voir, il s~agit d~un~ extention du modèle du RRL britanique. Sa structure est indiquée sur la figure

La méthode traite séparément les composants perméables (B>

et imperméables (A> du bassin. Pour chaque composant, le sous-modèle de pluie produit

pluviométrique (EA(t> et Ee(t»

un hyètogramme propre d~excès

à partir du hyètogramme

de pluie brute ( i ( t » , qui est traduit en un volume et un hydrogramme de ruissellement propre

le sous-modèle de ruissellement. L~influence relative des deux composantes est représentée dans le modèle par la valeur des facteurs des surfaces imperméable et perméable (a et

e,

^avec

e =

1 - a). Les variations du degré d~urbanisation du bassin peuvent

~tre représentées par les variations de la valeur de ces facteurs, mais encore par les valeurs des facteurs

d~emmagasinement (KA et Ke> de crues des différentes composantes du modèle.

L'hydrogramme de ruissellement résultant (Q(t» est trouvé en combinant les hydrogrammes résultant des composantes.

L~hydrogramme de sortie de la composante imperméable est donné par l~intégrale :

Fig 3

_ 40 _

i(t) (i)t

t

l

1

Structure du modèle à cascades parallèles NB : Le nombre de reservoirs NA et NB

sont indépendants les uns des autres

Dérivation de l'excès pluviométrique D : pertes initiales

PA : taux d'infiltration en zones imperméables

PB : taux d'infiltration en zones perméables

(D'après H. DISKIN)

1 date ¹ des.

- 4] -

r

^t

QA<t) = ~ Jo EA <~)HA <t - ~) d~ ^{( I}l - 9)

où HA représente l~impulsion de débit de la première cascade de reservoirs

:L-NA-1 e-1/KA KA

<11-10)

Une relation similaire est utilisée pour les surfaces perméables,en utilisant:

à la place de

La méthode du RRL modifiée (ou complètée) peut donc ~tre

utilisée en Afrique tropicale. L.H. WATKINS et D.

l~ont fait avec succès à Na~robi et à Kampala.

II - 1.3.2 Le modèle du L H M

FIDDES (1978)

Il s~agit du modèle hydrologique utilisé par le LHM dans le programme RERAM (Réseau Ramifié) en usage en France pour l'assainissement pluvial en zone urbaine.

Dans le modèle, le bassin urbain et son réseau de drainage sont considérés comme un système de transformation de la pluie i <t), entrée du système, en débit Q(t) sortie du système, à

Le processus de transformation répond à - 42 -

l'éxutoire du bassin.

l'équation générale:

Q(t)= Qb+QO e - < t - t o ) / K + l/K

J~o

^{i (u)}

11- 11>

(le ruissellement est exprimé ici dans des unités identiques à celles de la pluie nette, c'est à dire en hauteur d'eau),

avec

Qb

=

débit de base ou débit des temps secs,

Qo = débit résultant d'une pluie antérieure au temps t o ,

début de la pluie i(t),

K

=

paramètre du modèle, homogène à un temps.

transformation linéaire, Le modèle opère une

stockage pur, de la pluie instantané est le suivant:

en débit. Son hydrogramme

dite de unitaire

(II - 12)

Dans sa nouvelle version (note technique nO 14/83 du LHM) , ce modèle comporte comme le précédent, un module de ruissellement en zone urbaine et un module de ruissellement en zone semi urbaine à rurale. Dans le premier module, la

assurée par un transfromation

ruissellement est

de la quantité d'eau disponible pour le modèle linéaire à un réservoir alors que dans le second il s'agit plutôt d'un modèle à deux réservoirs linéaires en série, de mgme paramètre.

- 43 -

Nous verrons ce modèle plus en détail au chapitre V.

II - 2 APPROCHE DU PROBLEME EN AFRIQUE TROPICALE

Du fait de 17inexistence de modèles de ruissellement en milieu urbain mis au point dans le contexte africain, jusqu'à une date encore récente, les ingénieurs chargés de l'aménagement de nos cités utilisaient encore des formules mises au point dans les villes des pays developpés. Ces méthodes se sont avérées très mal adaptées, et conduisent en général à un calcul erroné des réseaux d 7évacuation.

De ce fait, quelques tentatives d'adaptation de certains de ces modèles aux conditions africaines ont été entreprises, notamment 17 adaptation du modèle de CAQUOT entreprise par

L.

LEMOINE et C. MICHEL-1972 du Comité Interafricain d'Etudes Hydrauliques (C.I.E.H.> à Ouagadougou

arrivés à la formule suivante:

Qp

=

^{103a . C.lo.37eb • Ao.~~-o.2b}

9.1,l^b

(Burkina Fasô). Ils en sont

(II - 13>

avec Qp en Ils, A en ha, ₁

en

mlm

(a et b étant les coefficients caractéristiques de la pluviométrie locale.>

- 44 -

Cette formule donne des valeurs supérieures à celles données par la formule "parisienne" de CAQUOT,

à la réalité africaine.

mais toujours inférieures

Pour cette raison, les m~mes auteurs ont tenté plutôt une adaptation de la formule rationnelle, et sont arrivés à la relation suivante:

Qp

=

166,7 (II - 14)

avec L

=

longueur du plus long chemin hydraulique en hectomètres, (les autres unités sont les m~mes qu~en (II - 13) ).

Cette dernière formule (II - 14) conduirait à des résultats

à partir des des hydrogrammes il détermine des proches des valeurs mésurées sur deux bassins de dimensions relativement faibles (56 et 106 ha). Mise à part le fait que cet échantillon est faible pour juger de la validité de la méthode, on peut rappeler comme nous l~avons déjà signalé plus haut que la formule rationnelle conduit à une surestimation du réseau dont elle ignore la capacité de stockage.

A partir des résultats de 3 années d~expérimentation sur trois bassins urbains à Ouagadougou au Burkina, LE BARBE - 1982 - propose une autre approche assez simple du problème. Après avoir déterminé les différents hyètogrammes types

observations pluviographiques disponibles, et instantanés observés sur différents bassins,

- 45 -

fonctions K (T^p ) qui lui permettent de calculer pour chaque

bassin, la distribution des débits spécifiques de pointe (QmasP) en fonction de la lame ruisselée (LR ) , par la relation:

(II - 15)

avec T^p

=

durée du corps de l'averse en minute J

LR

=

en mm

K(Tp)

=

Qmax LRxA

A,

étant la superficie du bassin en m²

Qmax, le débit maximum en m^{3 / s}

L'extrapolation de cette méthode sur d'autres bassins non jaugés reste à démontrer.

CONCLUSION

De cette rapide analyse bibliographique, il ressort les points principaux suivants: un nombre considérable de modèles de ruissellement en zone urbaine a été mis au point dans les pays développés, mais l'expérience montre que ces modèles conviennent assez mal aux conditions africaines.

Quelques tentatives d'adaptation de certains de ces modèles aux conditions africaines ont été effectuées, mais aucun résultat définitif n'a déjà été retenu.

- 46 -

Aux fins d'une nouvelle adaptation du modèle de CAQUOT, les points qui doivent retenir le plus notre attention sont surtout

caractères semi-ruraux étant assez ceux à caractère local

urbains à

tel que la pluviométrie. Les bassins fréquents en Afrique, la détermination du coefficient de ruissellement revètira également une importance particulière. Dans le chapitre qui va suivre cependant, nous discuterons d'abord des conditions expérimentales et de la qualité des données.

- 47 -

CHAPITRE I X I

CADRE DE LlPETUDE

·'-:.~.

III - 1.

III.

Généralités

- 48 -

CADRE DE L'ETUDE

Située dans le carré formé par le quatrième et le onzième degré de latitude nord et par le deuxième et le neuvième degré de longitude ouest, la Côte-d'Ivoire - pays d'Afrique de l'Ouest- est limitée au Nord par le Burkina Fasô et le Mali, à l'Est par le Ghana, à l'Ouest par la Guinée et le Libéria, au Sud par l'Océan Atlantique.

Du nord au sud, principales:

elle présente deux zones climatiques

le climat du nord est caractérisé par l'existence d'une saison des pluies ayant son maximum en août, et une saison sèche qui dure six à huit mois. C'est le domaine de la savane et de la forgt claire,

le climat du sud est par contre caractérisé par l'existence de deux saisons des pluies (avril-juillet et septembre-novembre) séparées par deux saisons sèches. C'est le domaine de la forgt dense et humide.

Sur la frange Littorale, le Centre et l'Est se caractérisent par des complexes lagunaires isolés de l'Océan par un cordon

- 49 -

sédimentaire.

Abidjan est une immense agglomération (de près de deux million d'habitants) bâtie au milieu d'un de ces complexes lagunaires. Elle est construite en partie sur une île, en partie sur une portion du cordon Littoral qui sépare la lagune de la mer, et en partie sur une rive continentale marquée de profondes échancrures.

C'est actuellement

sur cette la majeure

dernière partie que se partie de l'agglomération.

développe Il s'agi t

donc favorable à l'urbanisation.

sël.b1 o-arg il eux,

d'un ensemble de plateaux, avec un sol essentiellement Le secteur de Yopougon, qui est l'objet de èette étude se trouve au sud de ce plateau (Fig. 4)

III - 1.1 Caractéritiques climatiques

La station climatique de référence que nous avons choisie est celle d'Adiopodoumé (Banlieue d'Abidjan). Les données analysées portent sur les observations de 1948 à 1981.

Les caractéristiques étudiées sont la température, l'évaporation, la tension de vapeur d'eau et l'humidité relative.

Le tableau N° 1 regroupe les variations des différentes grandeurs et la figure 5 en donne les représentations graphiques.

t

<f

3·55'

SITUATION

Echelle: 1 / 100 000

DE CARTE

4·00'

Fil- N°:""

YOPOUGON 4·05'

ç""""'''''''''''N-'I-~'''''''''-VI'L''f'VI<'''''''""",,,,~~Vf'

~

.. ~:DX~::-);{~~if11I~W~~:':{;':~;;è( .

. ç"""&i~;,çii1'!!1*~qi~~lf2~~llitll~I~{I'I\'!~1111Ifllllt~)illl~;11rf

cs

I~ ~ ~~ ;~·"·~U··~L-· ~'~ H

~

...

~ ~ ~E~~0

Ti'- r=={1

~\ ^5·20'

oLI')

4·05' 4·00' 3·55'

TABLEAU N° 1 :

- 51 -

Caractéristiques climatiques

a

TX Tn T T

Températures moyennes

men~uelles à

Adiopodoumé (en OC) sur

31

ans

J F M A M J J A S 0 N D ANNEE

122,3123,2123,4123,5123,1122,5121,8121~4122,0121,9122,6122,2122,5

126,7127,5127,7127,7127,°125,6124,8124,4125,1125,5126,51 2 6,31 2 6,3 1 8,81 8,71 8,71 8,31 7,81 6,21 5,91 5,91 6,21 7,31 7,91 8,21 7,5

Tx = température moyenne maximale mensuelle Tn = température moyenne minimale mensuelle T = température moyenne mensuelle

T = écarts diurnes des températures

b Evaporation moyenne mensuelle

à

Adiopodoumé en mm (sur

31

ans) (Evaporimètre PICHE)

J 1

F

1

M

1 A 1

M

1 J 1 J 1 A I S 1

0

1 N I D 1ANNEE 55,7161,2172,5167,°155,1139,2147,1148,8147,9154,5152,3150,°1651,3

- 52 -

c Tension de vapeur d'eau moyenne mensuelle à Adiopodoumé en mb (sur 21 ans)

J ¹

F

¹

M

¹ A 1

M

¹ J ¹ J ¹ A I S 1

0

¹ N I D

28,8129,8129,9130,1130,2128,8127,°126,5127,°128,2129,41 2 9,2

d

. .

Humidité relative minimale moyenne mensuelle à Adiopodoumé en /.

J 64

F 65

M 63

A M

64 70

J 76

J 75

A S

76 72

o

72 N 69

D 66

·'5 .

roc _ 53 ^{rnrnr mcls}

30

25

20

70

+-_-++- _

60 - + - - 1 - - - - + - - - -

50

+- -+- -+__

^{~ _}

10 ₄₀ + - - - V - - - -

5

J F M A M J J A S O N D

al TeJ,1péJta.;tuJz.1ZAmoyenne;,men6ue.UeAà AVIOPOVOUME _(~Wt 31 an6)

J F M A M J J A S O N D

bl Evapo~vion moyenne men6ue!te à AVfPOVOUME (~Wt ³¹ an6)

J(."iEvapoJthnè-tJte Piche)

0'0

65+ - " " 7 " ' i : - - - f - - - -

J F M A M J J A S O N D

el Ten6ion de vapeWt d'eau moyenne men-

~ue1le- à AVIOPOVOUME (~Wt 21 an6)

26

t - - - -

30+----::;:>"""'==--;- _

28 +- -+ -/- _

J F M A M J J A S O N D

d) Humid.{.té. Jte1ative mùumale mo yenne mel"v6u.e-Ue à AVIOPOVOUME (-6Wt 13 aM)

'~

60

70 t - - - , / - - - 4 r - - - 75

, 1

date 1 des.

---'-

- 54 -

111- 1.2. Régime des précipitations

La pluviométrie moyenne (sur 35 ans) annuelle est de 2058,9 mm ; le mois le plus pluvieux étant le mois de juin avec 663,4 mm en moyenne (SIGHOMNOU - 1983).

Le tableau nO 2 donne le résultat de l~ajustement d'une loi Gamma incomplète aux pluies journalières à Adiopodoumé. La pluie annuelle est de 137,5 mm. La probabilité que cette pluie journalière résulte de l~addition d~au moins deux averses individualisées serait supérieure à 75 7. (CAMUS <H) et al - 1976;

IKOUNGA <M) - 1978).

Les fortes averses sont surtout d~origine convective caractérisées par de fortes intensités, surtout pendant la deuxième saison des pluies <septembre - novembre).

TABLEAU N° 2 : Ajustement d~une loi Gamma incomplète aux pluies journalières à Adiopodoumé

Fréquence1 1 p <m) 1137 , 5 1

0,50 166,0

0,20 204,5

0,10 233,9

0,05 264,2

0,02 304,7

0,01 336,1

III - 2. PRESENTATION DES SITES

L~agglomération de Yopougon qui a été choisie pour constituer

- 55 -

le cadre expérimental de cette étude est une commune périphérique en pleine expansion située au Nord Ouest du Centre de la ville

partie de l'habitat d'Abidjan

développée

(Fig. 6). La en vastes

majeure

ensembles immobiliers. Une

y est

zone industrielle récente s'étend au Nord du quartier. L'agglomération comporte une bonne infrastructure routière et autoroutière dont une partie est encore en voie de mise en place.

La commune s'étale sur un plateau qui domine d'une vingtaine de mètres la lagune. Inexistante en 1973, elle approche actuellement les 500 000 habitants. Elle est construite selon un plan d'urbanisation bien détaillé,

non loties.

et comporte des zones encore

Le réseau d'assainissement pluvial en place est récent, moderne, mais encore incomplet, cependant en bon état pour permettre des mesures fiables. Il est axé sur trois collecteurs primaires (Fig. 6) qui suivent les grandes lignes topographiques orientées Nord-sud,

ancien.

et correspondant à un réseau hydrographique

le collecteur Au centre,

parties bétonnées, dont une

Cl long de 3,2 km, comporte deux en amont de forme rectangulaire et l'autre à l'aval de forme trapézoïdale,

non bétonnée.

la partie centrale est

Le collecteur C2 à l'Est, long de 3 km, est entièrement

- 56 - .

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bétonné.

- 57 -

Il comporte 1,8 km de canal de forme rectangulaire à l'amont et 1,2 km à l'aval de forme trapézoïdale.

Le collecteur C3 à l'Ouest est bétonné et souterrain <forme rectangulaire) sur 0,5 km, sur sa partie amont. La partie aval découverte et non bétonnée suit un thalweg naturel sur 1,5 km avant de rejoindre le collecteur Cl juste avant sa partie bétonnée aval.

L'ensemble des collecteurs se rejoignent dans le sud du quartier avant de se déverser dans la lagune.

Les sites de mesure de débit contrôlant les quatre bassins exploités sont

collecteurs.

tous situés sur les parties bétonnées des

La durée des études est de deux ans, divisée en quatre campagnes de mesures correspondant aux quatre saisons des pluies

..

avri l-jui llet 1983 installation des appareils et première campagne de mesures, août-décembre 1983: deuxième campagne;

avril-juillet 1984, troisième campagne

..

août-décembre 1984, quatrième campagne.

III 2.1. Caractéristiques morphologiques et topographiques

La zone d'étude est caractérisée par un relief assez plat

- 58 -

aux pentes faibles.

Les limites des bassins ont été tracées d'après les plans cadastraux au 1/5 000, complétés par des visites sur le terrain.

Le tableau suivant regroupe les paramètres morphologiques des différents bassins.

TABLEAU N° 3 Paramètres morphologiques

BASSINS 1 5 6 7

A (ha) 184 175 22 1 110

P (km) 6,34 6,02 2,3 15,9

Kc 1,31 1,27 1,37 1,34

Lcp (km) 2,3 1,6 0,80 5,6

l ⁽ 'Y. ⁾ 1,4 1,1 1,0 1,1

avec

..

A

=

Superficie du bassin P = Périmètre du bassin

Kc = Indice de compacité de GRAVELIUS

p

(Kc

=

2 ~)

Lcp = Longueur du collecteur principal