IV. Etude de cas : Salle des fêtes de Bioule

IV.1. Etat des lieux
IV.2. Analyse
IV.3. Solution technique
 
    

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techniques d'aménagement

C'est de notre propre initiative et sans obligation envers un bureau d'études que nous avons choisi de réaliser l'étude suivante. Elle a pour but d'utiliser les connaissances que nous avons recueillies jusqu'à présent dans le cadre du BEI et n'est donc peut-être pas viable mais permet de détailler une méthode possible d'étude.

IV.1. Etat des lieux

Cette première partie consiste à élaborer un rendu photographique et/ou cartographique complété par une notice explicative de la zone concernée. L'état des lieux a été effectué le 27/11/2001.

Le site est sur la commune Bioule (Tarn et Garonne;carte 48Ko) en bordure de l'Aveyron. La zone concernée par les dégradations est en rive droite (extrado) du cours d'eau, de type méandre et s'étend sur une longueur de 30m environ. La salle des fêtes de la commune est directement menacée par ces dégradations qui se situent à moins de 10m du bâtiment.

 
 

Plan de situation de la salle des fêtes à Bioule

 

Une grande partie de la berge est affaissée et présente plusieurs encoches d'érosion importantes. Aucun travail n'a encore été mené pour renforcer la berge .
Les arbres en bordure du cours d'eau sont sur le point de tomber et certains ont déjà été coupés. La partie avale de la zone est quasiment au niveau de l'eau et est entourée par des murs en béton. Sur cette partie la ripisylve est en très mauvais état et il ne subsiste que peu d'espèces (grandes surfaces recouvertes de boue).

L'Aveyron est un cours d'eau de type montagnard. Le site est dans un méandre du cours d'eau et sa largeur à cet endroit est d'environ 60m. La profondeur de l'eau est de 50cm au bord et de 2m au niveau du seuil au plus profond de la rivière. Le seuil situé en aval de la salle des fêtes (cf plan de situation) fait que la portion de cours d'eau concernant la zone érodée est relativement calme lorsque le niveau d'eau est au module .

Il est intéressant de connaître un maximum de données avant de dimensionner un ouvrage. En voici une liste certainement non exhaustive:
- température moyenne annuelle, climat
- total des précipitations annuelles
- superficie et altitudes remarquables du bassin versant
- pente de la ligne d'eau sur le tronçon étudié
- nature de l'environnement amont
- vitesses de l'écoulement
- débits caractéristiques (étiage, débit moyen, crues annuelles, bi annuelles, décennales, centenales...)

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IV.2. Analyse

Cette partie a pour but de définir au vu de l'état des lieux les intérêts et les objectifs d'une intervention. Elle sert de guide à la définition des travaux et peut être un outil de communication pour expliquer aux riverains ce qui motive l'intervention.

La méthode d’analyse suivante est une méthode parmi d’autres. Nous pensons cependant qu’elle prend en compte de nombreux paramètres concernant la rivière et permet donc d’envisager un large éventail de solutions. Après une partie regroupant les formules théoriques nous regrouperons dans un tableau les valeurs numériques correspondant au site étudié.
 

Vitesse et débit
La formule de Manning Strickler est la plus couramment utilisée pour calculer le débit et la vitesse d’un cours d’eau en fonction de la pente, du rayon moyen et de la rugosité moyenne. L’hypothèse est celle du régime uniforme qui suppose que la vitesse est constante tout au long du cours d’eau.

 

avec Ks : coefficient de Strickler ; R : rayon hydraulique ; I : pente et S : section mouillée.
Ks est fonction de la rugosité de la rivière et est généralement compris entre 20 et 40, pour le déterminer on peut se réferer à des tables de valeurs ou le calculer en étudiant le lit de la rivière.  Le rayon hydraulique se calcule quant à lui avec la formule R = S/P où P est le périmètre mouillé du lit.

Hauteur d’eau
Pour pouvoir vérifier la tenue des berges protégées pour un débit de crue connu il faut déterminer la hauteur d’eau correspondant à ce débit. Parfois ces valeurs sont données par les institutions départementales en charge de surveiller les cours d’eau. Sinon on se sert de la formule précédente pour calculer la hauteur d’eau en fonction du débit. R et S dépendent de h la hauteur d’eau en fonction de la forme du lit de la rivière, Q étant connu il suffit de résoudre la formule précédente pour trouver h. Cette étape se fait le plus souvent par itérations.
En général on choisit le débit de crue centennale car de cette manière on assure la tenue de la berge pour toutes les crues de période de retour plus courte. Connaissant la hauteur d’eau en fonction de ce débit pour une section donnée on peut se protéger de la montée des eaux en modifiant la section du cours d’eau par aménagement des berges.

Valeur de référence
Pour déterminer le type de protection de berge à mettre en place il faut connaître les efforts auxquels est soumise la berge. Ceux-ci traduisent la « force d’arrachement » qui altère la berge. On calcule alors ce que l’on appelle la force tractrice :

Pour avoir un facteur de sécurité supplémentaire on peut prendre R=h (cas des cours d’eau larges) ce qui donne des forces tractrices calculées plus importantes.

 

Les deux formules suivantes sont utilisées lorsqu’il est difficile de connaître la hauteur d’eau et que l’on peut plus facilement mesurer la vitesse :

Connaissant la pente du cours d’eau :

Connaissant le rayon hydraulique :

Lorsque le cours d’eau est en méandre il faut tenir compte de la sinuosité qui augmente la force tractrice sur la courbe extérieure. Pour obtenir la force sur cette courbe du cours d’eau on multiplie alors le résultat donné par la formule précédente par un facteur compris entre 1,1 et 1,7 (de légèrement sinueux à très sinueux).

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Valeur critique
La force tractrice critique est la valeur de la force pour laquelle les éléments du fond commencent à se déplacer. Les éléments qui nous intéressent sont les éléments non cohérents et relativement grossiers. La force tractrice critique sur le fond est alors donnée par :

d75 : 75% de la granulométrie est inférieure à ce diamètre
Comme précédemment il faut tenir compte de la sinuosité du cours d’eau, plus le cours d’eau est sinueux plus la force critique est basse. On multiplie donc par un coefficient  compris entre 0,9 et 0,6 (de légèrement sinueux à très sinueux)

Sur les berges, comme le terrain n’est pas horizontal, il faut encore une fois multiplier par un coefficient pour tenir compte de la pente de la berge.

L’angle de frottement interne qui dépend du diamètre et de la forme des grains est généralement compris entre 20° et 30° pour des diamètres de 0.25 à 2 cm et compris entre 30° et 40° pour des diamètres de 2 à 10cm.

- Données hydrologiques :
Cours d’eau : Aveyron (Tarn et Garonne)
Régime d’un cours d'eau de montagne en méandre faiblement sinueux (site sur l'extrado)
Qmodule : 60m3/s
Q10=150 m3/s (débit d'une crue de retour 10 ans)
- Données « morphologiques » :
Pente moyenne : (nous n'avons pas la valeur exacte de la pente, nous prendrons donc 3 valeurs réalistes) 0.1%, 0.5%, 1%
Ks=30 (cours d'eau de montagne)
Largeur moyenne : L=60m (supposé grand donc R = h et S = h*L)
Pente de la berge: 4m/m (relevé sur le terrain) , soit phi= 76°
Granulométrie: de 0.4cm à 4cm; marnes argileuses et quelques atterrissements de graviers. d75=3cm (valeur approximative) soit grâce aux abaques de détermination de l'angle de frottement interne (Annexe 5 du Guide de protection des berges de Bernard LACHAT ) théta=37°.

Formule

Valeur


pour le débit de crue Q10

1.79 m
1.10 m
0.90 m

(pour les 3 pentes)


à multiplier par 1,1 car le cours
d'eau est légèrement sinueux

19.7 N/m2
60.5 N/m2
99 N/m2

(pour les 3 pentes)

24N/m2

0,92


à multiplier par 0,9 car le cours
d'eau est légèrement sinueux

20 N/m2

 

 

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IV.1. Solutions techniques

-La hauteur de la berge érodée étant de 4m environ on peut proposer une solution en enrochement brut en se basant sur les abaques de la partie II.
Premièrement comme la largeur de la berge à côté de la salle des fêtes n'est que d'une dizaine de mètres on choisit un angle de 60° pour l'inclinaison de l'enrochement. Il prendra ainsi moins de place et on conservera une distance de sécurité entre le batîment et la rivière.
Ensuite comme la berge érodée a une hauteur de 4m environ on peut choisir une hauteur d'enrochement un peu plus élévée afin d'assurer un bon ancrage sur la berge.
Sur le graphique suivant on trouve alors que le profil qui correspondrait le mieux à ces critères est P5:

Le tableau du paragraphe II permet de définir la quantité de roche nécessaire à construire un tel ouvrage, soit 13,5 tonnes/mètre.
La longueur de l'enrochement doit enfin être fixée par la longueur de la zone dégradée. Dans ce cas elle représente 30m; il est donc souhaitable de dimensionner l'ouvrage sur 3m en amont et 3m en aval de la zone érodée. Cela revient à un total de 36 mètres linéaires d'ouvrage.

- Quantité et coût du matériau nécéssaire : 36*13.5=486 tonnes, coût estimé=36*607=22000 euros

- Détails de la mise en place: l'ancrage de l'enrochement se fera à une profondeur d'au moins 50cm dans le lit de la rivière. Cette hauteur d'ancrage dépend de la nature du sol. Si le sol est très argileux on augmentera cette profondeur pour atteindre une couche de sol de granulométrie plus importante. On empilera ensuite les blocs en veillant à bien tasser le remblais. Pour une meilleure stabilité, on pourra placer un film géotextile entre la berge et l'enrochement.

Schéma de l'enrochement proposé

Conclusion : cette méthode apparaît assez "brutale" et rapide: en effet, on ne tient pas compte du régime hydraulique de la rivière; quel qu'il soit l'ouvrage mis en place est le même.

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Les caractéristiques essentielles retenues suite aux différents calculs présentés ci-dessus et à l'étude morphologique de la berge sont :

- Berge fortement inclinée : nécessité de maintenir le pied de berge pour permettre des plantations sur la partie supérieure

- Force tractrice sur la berge élévée : nécessité d'une protection rigide en pied de berge

- Salle des fêtes proche du bord : largeur limitée pour mettre en place l'ouvrage

La solution proposée consiste donc à installer en pied de berge un tunage et au dessus un tapis végétal constitué de couches de branches.



Schéma du tapis de branches

Ces techniques végétales sont décrites dans les tableaux de la partie II. L' avantage du tunage est qu'il offre une protection rigide contre l'érosion de l'eau et qu'il permet une stabilisation de la berge en considérant le fait qu'elle est très verticale. Il n'offre pas de caches pour la faune aquatique mais il faut garder à l'esprit que le confortement est fait sur 30 m ce qui ne constitue pas une très longue distance.
Les couches de branches à rejet sont immédiatement efficaces (effet mécanique exercé par le tapis avant que les bourgeons débourrent) sur toute la surface de la berge. Elles croisent bien et forment un réseau très dense de racines et permettent un reverdissement rapide et total. Elles forment le long des cours d'eau une ceinture végétale dense et durable, capable de résister aux fortes crues et permettent la reconstitution de saulaies résistantes. L'inconvénient d'une telle technique est qu'elle nécessite beaucoup de matériel et de travail d'où des coûts relativement élevés.

Afin d'implanter le tapis végétal il faudra procéder à un talutage de la berge pour produire une surface la plus régulière possible sur laquelle viendront reposer les branches. Le coût de l'ouvrage peut être estimé à 70 euros / m2 (+ 30 euros pour le talutage et l'apport de matériaux terreux si nécessaire) mais peut être fortement rabaissé si la possibilité existe de prélever les matériaux sur place en grande quantité ou si on remplace les pieux de saule par d'autres fixateurs. Au prix du tapis végétal il faut ajouter le coût du tunage. Nous ne disposons pas de la valeur exacte mais nous l'avons estimé à 26 euros/m2 (en comparaison au prix du caison double paroi). Etant données les dimensions de l'ouvrage nous pouvons évaluer son coût total en matières premières à 10000 euros auquel il faut ajouter le prix de la main d'oeuvre que nous ignorons.

Conclusion : Cette solution apparait suffisamment robuste et s'intègre plus facilement qu'un enrochement dans l'écosystème du site. Le prix de cette technique semble plus faible que pour l'enrochement mais le coût de la main d'oeuvre doit être assez élévé. Si une seule pelleteuse et un seul homme suffisent à mettre en place en une journée la ligne d'enrochement, nous pensons que les moyens à mettre en oeuvre pour la technique végétale sont beaucoup plus importants et peuvent faire sérieusement augmenter le coût calculé ci-dessus.

 

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