Colloque CNFSH-2009, 11-12 Juin
Inondations urbaines :
quelles synergies pour les recherches hydrologiques ?
Modélisation hydrodynamique des inondations en zone urbaine André PAQUIER
Cemagref, HHLY, Unité de recherche Hydrologie - Hydraulique, 3 bis, Quai Chauveau CP220 69336 Lyon Cedex 9, France
Le projet RIVES (Risques d'Inondation en Ville et Evaluation de Scénarios) s'est achevé en décembre dernier. 11 partenaires scientifiques coordonnés par le Cemagref ont montré les potentialités et les limites de la modélisation hydrodynamique pour l'évaluation des inondations en zone urbaine. Pour illustrer certains résultats de ce projet concernant la modélisation par les équations de Saint Venant bidimensionnelles, trois cas d'étude sont présentés, respectivement situés à Marseille, Nîmes et Oullins.
L'exemple de la crue de 2001 à Marseille illustre le cas d'un petit bassin versant uniquement urbain où l'initiateur de l'inondation est la pluie tombée sur la zone d'étude. La chaîne de modélisation va alors depuis la génération de la pluie (en tout point du bassin, par exemple à travers l'utilisation d'un simulateur de pluie) jusqu'à la caractérisation de l'aléa dans chaque rue. Les pentes fortes (parfois supérieures à 10%) engendrent des fortes vitesses et des passages en régime torrentiel mais souvent de faibles hauteurs d'eau.
A Nîmes en 1988, l'inondation est plus forte qu'à Marseille du fait d'un apport des eaux d'un bassin versant amont dont l'exutoire devient la voirie. Le grand nombre de laisses de crue permet de bien identifier la difficulté de représenter la complexité de l'écoulement. Pendant le projet RIVES, en ayant recours à des expériences en laboratoire (sur un carrefour ou un ensemble de carrefours), il a été montré que cette complexité était intrinsèque aux processus rencontrés.
A Oullins, en 2008, la rivière Yzeron a débordé. La modélisation 2D ne semble utile que si on souhaite reconstituer le détail de l'événement et, en particulier, le fonctionnement du réseau d'assainissement pendant la période où les déversoirs d'orage sont bloqués.
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Modélisation hydrodynamique des inondations en zone urbaine
André PAQUIER
RIVES
Risques d’Inondation en Ville et Evaluation de Scénarios
• Cemagref, Lyon, coordinateur
• LCPC (Laboratoire Central des Ponts et Chaussées), Nantes
• HydroSciences Montpellier (HSM)
• Université Technologique de Compiègne (UTC), Laboratoire Roberval
• LMFA (Laboratoire de Mécanique des Fluides et Acoustique, Lyon)
• Cetmef, Compiègne
• CETE (Centre d’Etudes Techniques de l’Equipement) Méditerranée, Aix en Provence
• LRPC (Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées) Clermont Ferrand
• LRPC (Laboratoire Régional des Ponts et Chaussées) Bordeaux
• Insavalor, Lyon
Les 11 partenaires scientifiques
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Plan de la présentation
• Trois cas d’utilisation de la modélisation bidimensionnelle Saint Venant
• La crue de 2000 à Marseille
• La crue de 1988 à Nîmes
• La crue de 2008 à Oullins
Modélisation 2D
• Équations de Saint Venant: moyenne sur la
verticale, conservation de la masse et des quantités de mouvement
• Bâtiments = murs imperméables ou pas
• Variation de l’occupation du sol traduit en frottement au fond (Strickler)
• Logiciel Rubar 20 du Cemagref : schéma
numérique en volumes finis explicite du second
ordre
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Évènement du 19 Septembre 2000
• Orage de forte intensité sur la ville de Marseille
• succession de deux épisodes pluvieux intenses, d’occurrence proche de la décennale et séparés d’une durée de moins d’une heure
• Cumul sur sa période principale 211 mm de pluie et (intensité maximale sur 6 minutes avoisine 180 mm/h).
• Les conséquences de cet événement ont été
lourdes pour la ville de Marseille, le réseau déjà insuffisant pour la pluie décennale, n’ayant pu se vidanger entre les pics de l’épisode pluvieux :
inondations multiples
Conséquences
• 0.5 m eau près du Vieux Port
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Une des répartitions obtenues par le générateur d’averse
pluie du 19/9/2000 entre 22h18 et 22H24
Variabilité sur 30 « reconstitutions »
ensemble de l’événement du 19/9/00
0 5 10 15 20 25
16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00 00:00
Rain amount (mm per 6 minutes)
9
Topographie du site
Méthode de construction du
maillage
11
Zoom sur le maillage: 13000080000
Hauteurs maximales calculées
13
Vitesses maximales calculées
Débits unitaires maximaux calculés
15
Nombre de Froude à la pointe
Différence entre pluie uniforme
et pluie générée -10 cm Vieux Port
17
Difference de niveaux près du Vieux Port
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
Time (s)
Water depth (m)
Varied rainfall Uniform rainfall
Nîmes
• Crue d’octobre 1988
• Jusqu’à 400 mm de pluie en 6 heures
• Quartier au Nord est de l’agglomération avec bassins versants amont de quelques
km2 générant un débit supérieur à 100 m3/s
• Hauteurs d’eau supérieures à 1 m en fond de
vallon
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Hydrogrammes en provenance des BV
0 20 40 60 80 100 120 140
0 2 4 6 8 10 12 14
Temps (h) D éb it ( m
3/s)
Est
Ouest
(source : BCEOM)
Nombre de Froude au pic de la crue
En gris, <1
En noir, >1
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Installation expérimentale
Mesures:
débits
hauteurs d’eau
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Exemple lors Exemple lors
d d’ ’un essai un essai –
–stationnement stationnement en ligne en ligne
3 types de stationnement 3 types de stationnement
ligne
ligne bataille bataille épi épi
Mise en mouvement
Mise en mouvement Formation d’ Formation d ’un barrage un barrage
• film panoramique (suivi Lagrangien)
• limnigrammes pendant le passage de l’onde
• suivi statistique de la répartition des automobiles Onde de crue :
Onde de crue :
Fond sec puis mise en Fond sec puis mise en
route de la pompe
route de la pompe
Vue de quelques rues
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Oullins
L1 L2 L3
L’Yzeron à Oullins
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Maillage construit sur des sections de rues
Niveaux d’eau pour crue 2008
aux limnigraphes =sur toute la section
165 165.5 166 166.5 167 167.5 168 168.5
Cote (m NGF)
calcul 167 calcul 166 calcul 165 mesures 167 mesures 166 mesures 165
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