Aménagements des cours d’eau

(1)

Aménagements de cours d’eau

Aménagements des cours d’eau

(2)

(3)

(4)

Aménagements de cours d’eau - Contenu Aménagements de cours d’eau - Contenu

1. Approche au problème de la protection contre les crues et concepts

2. Espace vital nécessaire des cours d’eau

3. Importance du charriage pour la protection contre les crues 4. Interaction de l’écoulement avec la végétation riveraine

5. Mesures conceptuelles pour la protection contre les crues 6. Conception et dimensionnement des mesures de protection

constructives

(5)

Inondations du 21 au 23 août 2005 Inondations du 21 au 23 août 2005

(6)

Aménagements de cours d’eau 2005=2,5 milliards

L‘échec de la politique de protection contre les crues ?

(7)

Investionen im Bereich Hochwasserschutz seit 1970

0 50'000'000 100'000'000 150'000'000 200'000'000 250'000'000

Jährliche Investitionen [Fr.]

0

500'000'000 1'000'000'000 1'500'000'000 2'000'000'000 2'500'000'000 3'000'000'000 3'500'000'000 4'000'000'000 4'500'000'000 5'000'000'000

Summe der Bundesbeiträge / Baukosten [Fr.]

Baukosten Bundesbeiträge Summe Baukosten Summe Bundesbeiträge

1987

(8)

Minimisation Approche au problème de la protection contre les crues et concepts Approche au problème de la protection contre les crues et concepts

z Analyse de dangers

z Différenciation des objectifs de protection

z Planification des mesures de protection

z Limitation du risque restant Construction d'un aménagement

de cours d'eau

Augmentation de la sécurité en cas de crues

Atteintes subies par le cours d'eau Effets nuisibles

(9)

Analyse de dangers Analyse de dangers

Processus

Déroulement

Solution appropriée et adaptée à la situation

Connaissance approfondie d'un danger

Effet

Conception et dimensionnement

des ouvrages de protection

Sécurité

(10)

Processus dangereux en cas de crues et de laves torrentielles Processus dangereux en cas de crues et de laves torrentielles

Analyse de dangers

Eau

Erosion Dépôts des

matériaux solides

Laves torrentielles Inondation

Processus déterminants

Charriage C

orps flotta

nts

(11)

Processus dangereux - érosion Processus dangereux - érosion

Ö Erosion verticale: changement de la pente du lit du cours d'eau

- affouillement des ouvrages de protection

- affouillement des fondations des infrastructures (ponts, etc.)

Ö Erosion latérale: élargissement du cours d'eau

- glissement des rives

- dommages aux bâtiments et aux ouvrages d'infrastructure situés à proximité

L'érosion influence fortement la capacité du transport solide d'un cours d'eau

(12)

Processus dangereux - inondation Processus dangereux - inondation Excédant d'eau

et / ou

excédent de charriage

Inondations

Inondations faibles

Inondations dangereuses H < 1.5 m

V · H < 0.5 m²/s V · H > 0.5 m²/s

Dépôt des matériaux solides dans les zones d'inondation

(13)

Différenciation entre les objectifs de protection Différenciation entre les objectifs de protection

(14)

Différenciation des objectifs de protection en considérant les scénarios de charriage pour le débit de dimensionnement

Catégories d'objets

Débit de dimensionnement

Eau Charriage Hydrologie des crues

• Pointe

• Volume

Scénario de charriage

• Capacité de transport

• Potentiel de charriage

Limite des

dommages Limite des dangers

(15)

Démarche suivie dans la planification des mesures de protection Démarche suivie dans la planification des mesures de protection

(16)

Mesures de protection Mesures de protection

Ö vidange des dépotoirs

Ö enlèvement de dépôts alluvionnaires

Ö réparation de petits dommages subis par des ouvrage de

correction

Ö stabilisation, par drainage et techniques du génie biologique, des versants instables

Ö interdiction de construire dans des zones dangereuses

Ö mesures visant à protéger un objet donné

Ö prescriptions en matière de mise en culture de zones agricoles

Entretien approprié des cours d'eau

Mesures d'aménagement du territoire

(17)

15 % des cartes de dangers liés aux crues sont prises en

compte dans l‘aménagement du territoire

80% des communes sont menacées 50% établies ou en cours d‘élaboration

Cartes des dangers Cartes des dangers

(18)

Mesures de protection constructives Mesures de protection constructives

Rétention Dérivation Passage

bassin de rétention

réservoir à maîtrise des crues

régulation des lacs naturels

canaux et galeries de dérivation

ouvrages de dérivation

ouvrages de restitution

endiguement

abaissement du lit

protection des rives et du lit contre érosion (enrochement, etc.)

correction du

CRUES

(19)

Principes visant à réduire les effets nuisibles des mesures constructives de protection

a) Préservation du caractère naturel d'un cours d'eau

b) Configuration naturelle et animée des ouvrages de protection et les lignes de rive

c) Murs de protection seulement là où ils sont indispensables d) Renoncement aux seuils fixes

e) Abandon de la modification du lit f) Ouvrages de protection flexibles

g) Standard de protection différencié pour les rives intérieures et extérieures dans des tronçons courbés

h) Allégement de la plantation des arbustes et arbres

(20)

Nouveaux concepts et principes pour la protection contre les crues des cours d’eau selon les directives de l’OFEG en Suisse

Æ Loi fédérale sur l’aménagement des cours d’eau (LACE) Æ Ordonnance correspondante (OACE)

Æ « La protection contre les crues doit être réalisée avec un minimum

d’atteintes aux cours d’eau et une grande importance doit être accordée à la prévention. Cependant, malgré toutes les mesures préventives, un plan d’urgence approprié et une organisation en cas d’urgence restent incontournables ».

Bases légales :

Priorité :

(21)

Aspects économiques Aspects

sociaux Aspects écologiques

Stratégie

Confédération

1995 Exigences vis à vis de la protection contre les crues

1997 Recommandations sur les dangers de l‘eau

Stratégie OFEV

Tous les aspects du développement durable doivent être pris en compte dans la

planification des mesures

(22)

Nouveaux concepts et principes pour la protection contre les crues des cours d’eau selon les directives de l’OFEG en Suisse

Æ Apprécier la situation de danger

Æ Identifier les déficits écologiques et y remédier Æ Différencier les buts de protection

Æ Retenir où cela est possible; évacuer si cela est nécessaire Æ Minimiser les interventions

Æ Examiner les points faibles Æ Garantir l’entretien

Æ Assurer l’espace nécessaire Æ Respecter les besoins

(23)

Démarche intégrée pour la protection contre les crues Démarche intégrée pour la protection contre les crues

(24)

Définition des besoins d’action Définition des besoins d’action

Sécurité

Écologie

(25)

Structure mo notone

Pas de dynamique

Manque de végétation Espace vital limité

Pas d’espace loisirs Espace limité pour év. extrêmes

Problèmes actuels du point de vue de l’écologie Problèmes actuels du point de vue de l’écologie

(26)

—— cours d‘eau naturelcours d‘eau naturel

—— cours d‘eau naturel cours d‘eau naturel de montagne

de montagne

—— cours d‘eau corrigécours d‘eau corrigé

Etat des cours d’eau en Suisse à la fin du 20ème siecle Etat des cours d’eau en Suisse à la fin fin du 20ème du 20ème sieclesiecle

(27)

Les surfaces construites croissent de 1 m

²

/ s !

L'espace disponible des cours d’eau est réduit L'espace disponible des cours d’eau est réduit

(28)

Pour répondre aux exigences écologiques (plus de

l’espace pour les cours d’eau)

en Suisse manquent env. 50’000 ha

Revitalisation des cours d’eau: Besoins d’action Revitalisation des cours d’eau: Besoins d’action

En Suisse 12‘600 km des cours d‘eau sont artificiels ou fortement influencés par des mesures de protection !!!

La tâche d'une génération

(29)

Ordonnance sur l'aménagement des cours d'eau (OACE) Ordonnance sur l'aménagement des cours d'eau (OACE)

1 Les cantons désignent les zones dangereuses.

2 Ils déterminent l'espace minimal des cours d'eau nécessaire à la protection contre les crues et à la préservation des fonctions écologiques.

3 Ils tiennent compte des zones dangereuses et des besoins d'espace dans leurs plans directeurs et dans leurs plans d'affectation …

Article 21:

(30)

Déterminer l’espace nécessaire des cours d’eau Déterminer l’espace nécessaire des cours d’eau

(31)

suffisant suffisant non non suffisant suffisant

Espace … Espace …

(32)

Espace vital des cours d'eau Espace vital des cours d'eau

Lit majeur Lit mineur

Zone de rive Zone de divagation Zone de tampon

Berge

Lit du cours d'eau

Espace primaire Espace

secondaire

Zone de bord

Niveau de crue Section d'évacuation

Profo ndeur du lit Zone de rétention et d'inondation

Espace vital du cours d'eau Terrain environnant

Lit mineur Berge

Zone de rive

(33)

Concept "Espace vital du cours d'eau"

· L'utilisation doit toujours rester possible.

· La demande d'une protection contre les crues est mise en valeur.

· Des mesures constructives dans l'espace du cours d'eau peuvent être nécessaires pour la protection de bâtiments ou d'autres objets importants (protection locale).

· L'agriculture peut toujours utiliser l'espace secondaire, mais de manière adéquate.

· L'excavation, l'exploitation de sédiments est autorisée si elle sert à la protection contre les crues.

· Le bilan du transport de sédiments doit rester le plus naturel possible, sauf si des mesures de protection nécessitent une excavation/exploitation de sédiments.

· Les cours d'eau doivent garder l'espace nécessaire pour un dévelop- pement naturel ou proche de la nature (protection du cours d'eau).

· Des constructions à l'intérieur de l'espace du cours d'eau ne sont plus autorisées.

· Le lit principal devrait être continu pour permettre la vie à sa faune aquatique (continuité longitudinale) pour autant que cela corresponde à son état naturel.

Les obstacles fixes doivent être franchissables.

· Le cours d'eau doit être entouré d'arbres ou de végétation naturelle de rive et être ombragé dans la plupart des cas.

· La végétation du cours d'eau, spécialement la végétation des rives doit être capable de se développer de manière naturelle.

· L'apport de bois morts est souhaitable pour autant que le risque d'obstruction soit éliminé.

Les mesures d'entretien sont limitées au minimum.

La demande d'utilisation de l'homme dans l'espace du cours d'eau est reconnue

La demande d'espace du cours d'eau est reconnue

(34)

Méthodes de détermination de l'espace vital Méthodes de détermination de l'espace vital

Approche quantitative

Attribution des fonctions aux différentes zones d'un cours d'eau

Lit du cours Zone de Zones

d'eau rive supplémentaires

Fonction de transport

Fonction de biotope et de paysage

Fonction de tampon Fonction de détente

(35)

Î Largeur existante du lit B_si Î Largeur empirique du lit B_se

E : surface du bassin versant en [km²] G : pente moyenne pondérée du

terrain en [%]

N : Précipitations annuelles moyennes en [mm]

Î Largeur hydraulique du lit B_sh

Détermination de la largeur minimale du lit d'un cours d'eau Détermination de la largeur minimale du lit d'un cours d'eau

] [km 10 E pour [m];

E G .

. N B

] [km 10 E pour [m];

. E G

. N B

2 se .

≤

⎟⋅

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ ⋅ ⋅ +

=

>

+

⋅

=

−

25 0 10

876 0

5 2 10

876 0

9 0 5

J t

K B Q

st sh s

⋅

= ⋅

53 applicable si B_sh > 10 t

(36)

Détermination de la zone de rive B_u Détermination de la zone de rive B_u Ö largeur existante de la zone des rives (B_ui)

Ö largeur empirique de la zone des rives (B_ue)

Ölargeur constructive de la zone des rives (B_uw) - talus 1 : 2 Ö

Détermination de la largeur des rives

0 5 10 15 20

0 5 10 15 20 25

Largeur du lit du cours d'eau [m]

Largeur de la zone de rive [m]

Espace minimal nécessaire Biodiversité

(37)

Détermination de la largeur de la zone tampon

Détermination de la largeur de la zone de divagation Détermination de la largeur de la zone de divagation

avec B_pb: largeur de la zone de divagation en [m]

B_se: largeur empirique du lit du cours d'eau en [m]

B_si: largeur existante du lit du cours d'eau en [m]

si se

pb . B B

B = 5 6 ⋅ −

Détermination de la largeur de la zone de détente Î généralement 3 m (chemin d'entretien)

B_pz > 20 à 35 m (habituellement), 45 m (au maximum)

(38)

Espace vital nécessaire du cours d'eau en fonction de la variabilité de sa largeur

Espace vital nécessaire d'un cours d'eau

0 10 20 30 40 50 60 70

0 5 10 15

Espace total nécessaire [m]

absente limitée prononcée Variabilité de la largeur du

lit du cours d'eau

(39)

Espace minimal pour le cours d'eau Espace minimal pour le cours d'eau

Du point de vue de la protection contre les crues

HQ

Berge

Largeur du lit

Berge Bordure Entretien /

Zone riveraine

3m 1:2 1:2 3m

(40)

Espace minimal recommandé pour le cours d'eau Espace minimal recommandé pour le cours d'eau

Point de vue environnemental

Largeur naturelle du

Zone riveraine selon le Zone riveraine selon le

(41)

La largeur de la bande de divagation représente environ 5 - 6 fois la largeur du lit naturel

Espace récréatif

Bande de divagation Bande de divagation

Bande de divagation

(42)

•0

•2

•4

•6

•8

•10

•12

•14

•16

•Largeur de la zone riveraine (m)

Largeur minimale

Espace minimal: relations déterminantes Espace minimal: relations déterminantes

Largeur respectant la biodiversité

(43)

Revitalisation de la Thur au Canton de Zurich

Elargissement

(44)

Revitalisation de la Thur au Canton de

Zurich

Revitalisation de la Thur au Canton de

Zurich

Elargissement

(45)

Importance du charriage pour la protection contre les crues Importance du charriage pour la protection contre les crues

La force impitoyable du charriage

(46)

Interaction de l’écoulement avec le charriage Interaction de l’écoulement avec le charriage

Loi de frottement et vitesse de l’écoulement Loi de frottement et vitesse de l’écoulement

• Loi de frottement empirique selon la distribution logarithmique

avec

• Loi de frottement de Strickler avec

v

_m

= ghJ' 2.5 ln 12.27 h 2d

₉₀

⎛

⎝ ⎜ ⎞

⎠ ⎟ J' = J 1- e

-0.02h d₉₀ J

⎛

⎝

⎜ ⎜

⎞

⎠

⎟ ⎟

v

_m

= k

_st

h

^{2 / 3}

J

^{1/ 2}

k_st = 21.1 d₉₀

6

(47)

L’effet des parois (rives) pour les canaux étroits L’effet des parois (rives) pour les canaux étroits

• Rayon hydraulique des surfaces partielles proches des rives

selon Strickler

• Surface effective pour le calcul du débit

R_ui= v_m k_uiJ¹²

⎛

⎝

⎜⎜

⎞

⎠

⎟⎟

1.5

A_eff= R_SB_F + ^∑

(

R_uiP_ui

)

⁼ ^Q/vm

(48)

Capacité de transport du charriage Capacité de transport du charriage

• Formule VAW (Smart&Jäggi) pour pentes de lit entre 1‰ et 20%

avec

Q_b= B_F ⋅ ρ_s ⋅ 2.5 ⋅R_S ⋅v_m ⋅ J^0.6 J - d_m 12.1⋅R_s

⎛

⎝⎜ ⎞

⎠⎟

θ

_cr

= 0.05 ρ

_s

ρ

_w

⁼ ^s ⁼ ^2.65

q_b= 2.5 ⋅ q ⋅ J^0.6 J - d_m 12.1⋅ h_m

⎛

⎝⎜ ⎞

⎠⎟ en [en [mm³³/sm/sm]]

(49)

• Erosion de la couche de pavage

Erosion de la couche de pavage Capacité de transport

du charriage

Début du charriage

Débit solide

Débit d’eau Q

Q_D Q₀

Q_b

Erosion de la couche de pavage Capacité de transport

du charriage

Début du charriage

Débit solide

Débit d’eau Q

Q_D Q₀

Q_b Q_b

h_D = 0.05( )s−1 ^dm

J

d_mD d_m

⎛

⎝⎜ ⎞

⎠⎟

23

selon Günter (1971)

(50)

Capacité de transport du charriage Profondeur d’eau h

Pente J

Diamètre caractéristique des grains d_m

Largeur du lit Forme du lit

Rivières naturelles

Rivières canalisées

Alluvionnement Erosion

Q_bu= Q_bo

Q_bu< Q_bo Q_bu Q_bu> Q_bo Capacité de transport

du charriage Profondeur d’eau h

Pente J

Diamètre caractéristique des grains d_m

Largeur du lit Forme du lit

Rivières naturelles

Rivières canalisées

Alluvionnement

Alluvionnement Erosion

Q_bu= Q_bo

Q_bu< Q_bo Q_bu Q_bu> Q_bo

(51)

Capacité de transportQbPente J

J, Q = constant

Valeur limite

Largeur du lit B_F

B_F Q_b, Q = constant B_opt

B_opt J_min

Q_{b max}

Valeur limite

Largeur du lit

Capacité de transportQbPente J

J, Q = constant

Valeur limite

Largeur du lit B_F

B_F Q_b, Q = constant B_opt

B_opt J_min

Q_{b max}

Valeur limite

Largeur du lit Capacité de

transport Q_b

Pente J

(52)

Interaction de l’écoulement avec le charriage Interaction de l’écoulement avec le charriage Rivières larges avec bancs de sable

Rivières larges avec bancs de sable ouou rivières à lits multiples rivières à lits multiples (en tresse)

(en tresse)

• Capacité de transport selon Zarn

où

Q

_b

= Q

_bmax

( 3.65e

^-8.86U

- 4e

^-1.5U

+ 0.35 )

U = B_F

B_opt Q_bmax = Q_B (B_opt )

(53)

Phénomènes locaux Phénomènes locaux

• Affouillement

• Dépôts/bancs stationnaires

(54)

Augmentation de la profondeur d’eau suite Augmentation de la profondeur d’eau suite

à une concentration importante de charriage à une concentration importante de charriage

• Augmentation considérable du niveau d’eau pour des pentes raides (> 5%)

Smart&Jäggi, 1983

• Laves torrentielles à partir des pentes de 20%

h

_mw

h

_mg

= 1 − 1.1 ⋅ J

^1.14

q

_B^0.18

d

_m^−0.27

(55)

Analyse de danger et charriage – Processus déterminants Analyse de danger et charriage – Processus déterminants

Analyse de dangers

Eau

Erosion Dépôts des

matériaux solides

Laves torrentielles Inondation

Processus déterminants

Charriage

Cor flo ps

ttants

(56)

Analyse de danger et charriage – Erosion Analyse de danger et charriage – Erosion

• Erosion verticale Ã Changement de la pente du lit et de la capacité de transport

• Erosion latérale Ã Elargissement de la rivière et réduction de la capacité de transport

(57)

Analyse de danger et charriage – Erosion latérale Analyse de danger et charriage – Erosion latérale

(58)

Analyse de danger et charriage – Inondations Analyse de danger et charriage – Inondations

(59)

Analyse de danger et charriage – Inondations Analyse de danger et charriage – Inondations

(60)

Analyse de danger et charriage – Dépôts des matériaux solides Analyse de danger et charriage – Dépôts des matériaux solides

(61)

TORRENT

Bassin versant

Cône de déjection

Rivière en plaine Versant

Injection des sédiments

Dépôt des sédiments Replacement des sédiments

Livreuse des sédiments Formation des sédiments

Réseau du ruisseau Zone de glissement

(62)

TORRENT

Bassin versant

Cône de déjection

Rivière en plaine Versant

(63)

Analyse de danger et charriage

Changement abrupt des pentes et sections critiques

Analyse de danger et charriage

Changement abrupt des pentes et sections critiques

Zone d’érosion

(tronçon d’alimentation) Tronçon raide Cône d’alluvions

(rocheux) Débit

d’eau

Excédent du charriage V₁- V₃

Capacité- de transport

Apport maximal V₁

V₂

V₃

Alluvionnement du lit

(64)

Analyse de danger et charriage – Laves torrentielles Analyse de danger et charriage – Laves torrentielles

(65)

Objectifs de protection Objectifs de protection

Catégories d'objets

Débit de dimensionnement

Eau Charriage Hydrologie des crues

• Pointe

• Volume

Scénario de charriage

• Capacité de transport

• Potentiel de charriage

Limite des

dommages Limite des dangers

(66)

Objectifs de protection – Début du charriage Objectifs de protection – Début du charriage

• Nettoyage/lavage des dépôts du lit:

par rapport à la granulométrie du lit, les dépôts sont composés de matériaux relativement fins déposés lors de la decrue

• Erosion verticale:

érosion de la couche de pavage et mouvements de gros blocs

• Erosion latérale:

Déstabilisation des rives et talus

• Apport des confluents:

par transport du charriage et laves torrentielles

• Rupture des ouvrages de protection:

mobilisation abrupte des matériaux solides suite à la rupture des

(67)

Planification des mesures Planification des mesures

Entretien des cours d’eau Mesures d’aménagement

du territoire Mesures de

protection constructives

(68)

Planification des mesures – Entretien du cours d’eau Planification des mesures – Entretien du cours d’eau

• Réduction des sources de dépôts solides,

maintien de la capacité de transport du cours d’eau et volume des dépotoirs

- Vidanges réguliers des dépotoirs

- Dragage des dépôts locaux et dangereux

- Réparation des dégâts d’érosion aux ouvrages de protection

- Stabilisation des sources de dépôts solides par drainages et génie biologique (éboulements)

(69)

Planification des mesures

Mesures d’aménagement du territoire Planification des mesures

Mesures d’aménagement du territoire

(70)

Planification des mesures

Mesures de protection constructives Planification des mesures

Mesures de protection constructives

Ö Rétention

Ö ^Déviation du charriage

Ö Transition

(71)

Planification des mesures – Rétention du charriage Planification des mesures – Rétention du charriage

• Stabilisation des sources de dépôts solides

• Dépotoirs

• Barrages de retenue

Ö Pas de vidange automatique des dépotoirs

Ö Transition dosée du charriage pas possible

(72)

Planification des mesures – Transition du charriage Planification des mesures – Transition du charriage

¿ Les mesures de protection doivent être conçues de telle manière que les alluvionnements ou érosions dangereux puissent être évités ou limités

¿ Alluvionnement: - Aggrandissement de la section de la rivière - Augmentation de la capacité de transport

¿ Erosion verticale: - Augmentation de la stabilité/résistence du lit aux érosions

¿ Erosion latérale: - Protection des rives contre l’érosion

(73)

• Section de passage suffisante

• Favoriser l’écoulement en charge

• Profiter de

l’affouillement en courbe

Problématique des ponts

(74)

(75)

Profiler l’affouillement en courbe

(76)

¿ Erosion verticale: - Couche de pavage artificielle (revêtement, gros blocs) - Seuils (points fixes du lit)

- Rampes de blocs - Traversées

- Elargissement local du cours d’eau - Stabilisation avec éléments en béton

(prismes, tétrapodes, etc.)

¿ Erosion latérale: - Enrochements - Epis

- Murs de protection

- Combinaison avec des mesures de génie biologique

Protection contre les érosions

(77)

Destruction des murs après débordement

Aspects économiques Aspects économiques

(78)

Coûts par m'

Mur: Fr. 3500.--

(79)

Protection des rives en

enrochements Fr. 700.--/m'

(80)

Reconstituer des conditions favorables Reconstituer des conditions favorables

(81)

(82)

(83)

Exemple visionnaire

(84)

(85)

(86)

(87)

Aménagements des cours d’eau