Cahier des charges des binômes

      Notre travail se décompose en trois axes qui seront traités en binôme. Les cahiers des charges de chaque binôme sont présentés ci-dessous:

Binôme 1 : Etude hydrologique du bassin versant de la Meuse

Binôme 1 : Etude hydrologique du bassin versant de la Meuse

 

                                         

                                       Bassin Versant de la Meuse (Source : Site Internet)

 

 

Pour cette étude, l'équipe est composée de:

  • Nicolas BOURGET
  • Nicolas LEROUX

 

Objectifs

A partir des données hydrologiques fournies par Génivar et provenant de nos propres investigations, l'objectif est ici de définir les débits de référence (ou de projet), notamment pour les crues décennales et centennales. Ces débits seront nécessaires, d'une part, à la définition des contraintes environnementales et réglementaires (binôme n°2) et surtout à la modélisation hydraulique des aménagements du/des ouvrages par le binôme n°3.

Pour répondre à cet objectif, plusieurs études vont être faites :

  • Définition du cadre de travail,
  • Analyse hydrologique statistique,
  • Modélisation des débits avec le logiciel HEC-HMS,
  • Confrontation des résultats.

Chaque axe d'étude est développé dans une partie du cahier des charges.

Définition du cadre de travail

Il s'agit ici de définir de façon pertinente le domaine hydrologique à modéliser et notamment :

- Délimiter le bassin-versant et les sous-bassins (utilisation du logiciel Arcgis)

- Identifier ses propriétés (infiltration, occupation des sols...)

La figure 1 présente la délimitation du bassin versant d'Harchéchamp (bv1) considéré pour notre étude, celui-ci étant lui-même intégré au bassin versant de la Meuse amont. On s'intéressera en particulier à la station de mesure de débit de "Soulosse sous-St-Elophe", dont le bassin versant (bvt) est légèrement plus important, et à partir de laquelle nous estimerons les débits de ruissellement parvenant à Harchéchamp situé 4km en amont.

                                 

                 Figure 1 : Bassin versant et sous-bassins d'Harchechamp (source : rapport hydratec 2008)

 

La figure 2 ci-dessous indique la distribution des pluviomètres locaux présents sur le secteur du bassin-versant d'Harchéchamp et pour lesquels nous disposons de certaines chroniques de mesures de précipitations.        

                            

          Figure 2 : Pluviomètres disponibles autour du bassin versant d'Harchéchamp (source : rapport hydratec 2008)

Il conviendra d'évaluer la pertinence de ces différentes stations de mesure selon les critères suivants :

- La représentativité spatiale de leur aire de captage par rapport à la surface du bassin-versant

- Enregistrement ou non des événements caractéristiques de la zone d'étude (précipitations moyennes, événements rares)

- Durée des chroniques de précipitation observées

- Fiabilité des données (étude de corrélation entre pluviomètres)

- Importance du travail de reconstitution des données manquantes (analyse statistique).

A l'issue de ce travail préliminaire, les données répondant le mieux à ces critères seront sélectionnées et feront éventuellement l'objet d'un travail de reconstitution statistique pour être utilisées dans la modélisation des débits d'Harchéchamp.

Analyse hydrologique statistique

Ce travail se divisera en deux études : l'analyse statistique des précipitations et celle des débits.

L'étude statistique des précipitations consisterait à la reconstitution des données qui pourraient manquer et à la détermination les valeurs des précipitations relatives à une certaine fréquence de retour.

L'analyse statistique des débits permettra de déterminer les crues de projet (décennales et centennales) à la station "Soulosse sous-St-Elophe", dont les débits ont été mesurés entre 1969 et 2012.

De plus, si nécessaire, les données seront transformées (changement de pas de temps par exemple) de façon a être exploitables pour les différents modèles utilisés.

Modélisation des débits de référence avec le logiciel HEC-HMS

Le choix du système de modèles retenus parmi la plate-forme HEC-HMS sera justifié en cohérence avec les hypothèses de travail considérées pour le type de bassin-versant étudié.

Il s'agira également de bien définir la méthode spatiale permettant de déterminer les débits de ruissellement à l'exutoire (méthode de Thiessen).

Ensuite, de manière conventionnelle, le calage des paramètres du modèle sera effectué sur des événements exceptionnels de crues avant l'étape de validation sur une durée suffisamment longue d'observations de précipitation.

Confrontation des résultats

Cette dernière étape consiste à s'assurer de la cohérence des résultats obtenus avec notre modèle de référence (HEC-HMS). Dans un premier temps, un ou plusieurs modèles de perte (Soil Conservation Service, Green et Ampt, ...) pourront être comparés.

Ensuite, il sera intéressant de réaliser une modélisation avec un second modèle relativement différent, en particulier GR4J (modèle journalier). Notons cependant que les paramètres de base de ce modèle et l'influence significative de la géométrie du bassin-versant sur ses calculs, nous conduirons vraisemblablement à reconsidérer nos hypothèses de travail. 

De la même manière, nous pourrons comparer nos résultats avec ceux du modèle développé par Hydratec dans le cadre de l'étude initiale fournie à l'EPAMA.

Enfin, les résultats des débits les plus cohérents seront sélectionnés en tant que débits de projet (débits de crues décennales et centennales) afin de les restituer aux binômes n°2 et n°3.

Planning previsionnel

Ci-dessous est présenté le diagramme de Gantt de notre binôme :

Ce diagramme va nous permettre de gérer notre temps durant chaque tâche et de suivre l'avancement du travail.

Deux travaux commenceront en même temps : l'analyse statistique et les calculs des débits avec les modèles. La tâche de validation et confrontation des résultats se déroulera tout au long du travail de modélisation. Elle permettra le transfert de données aux autres binômes à l'avancement de nos résultats.

Références documentaires

Sites internet

developpement-durable.gouv.fr

eau2015-rhin-meuse.fr  : Informations sur le SDAGE* Rhin-Meuse

hydro.eaufrance.fr : Banque de données hydrologiques (stations de mesures)
 
infoterre.brgm.fr  : Portail géomatique d'accès aux données géoscientifiques du BRGM
 
meteofrance.com : Données hydrologiques locales
 
 
 
Documents
 
    ABABOU R. (2011). Cours d’Hydrologie Statistique. Polycopié de Cours d’Hydraulique 3e année de l’Enseeiht, INP de Toulouse.
 
    Hydratec/Asconit Consultants (Novembre 2007).  Etude globale de la Meuse et de ses affluents sur le bassin amont de la Meuse, Mission 1 : Elaboration d’un diagnostic global du secteur d’étude.
 
    ROUX H. (2012). Hydrologie approfondie. Cours d’Hydraulique 3e année en ligne sur la plate-forme Moodle de l’Enseeiht, INP de Toulouse.
 
      US ARMY CORPS OF ENGINEERS (2000). HEC-HMS Technical Reference Manual. Hydrologic Engineering Center.
 

Binôme 2 : Franchissabilité piscicole et étude réglementaire

   Le seuil d'Harchéchamp constitue actuellement un ouvrage infranchissable pour les populations piscicoles. Il est donc au coeur des problématiques actuelles qui, dans le cadre de la Directive Cadre sur l'Eau, imposent le rétablissement de la continuité écologique des cours d'eau.

Comme définit dans la circulaire du 25/01/10 relative à la mise en oeuvre par l'Etat et ses établissements publics d'un plan d'actions pour la restauration de la continuité écologiques des cours d'eau, "la continuité écologique, pour les milieux aquatiques, se définit par la circulation des espèces et le bon déroulement du transport des sédiments. Elle a une dimension amont-aval, impactée par les ouvrages transversaux comme les seuils et barrages, et une dimension latérale, impactée par les ouvrages longitudinaux comme les digues et les protections de berges".

Dans notre cas, nous, Lucille Boré et Lise Hiscock, étudierons plus spécifiquement la libre circulation des espèces piscicoles, dans la dimension amont-aval, impactée en particulier par un ouvrage transversal : le seuil situé sur la commune d'Harchéchamp.

Objectifs

   Notre binôme  a pour but d'intégrer à la fois les contraintes écologiques et réglementaires au sein du projet global de restauration du Vair.

Le premier objectif est d'étudier les problématiques de franchissabilité piscicole au niveau du seuil d'Harchéchamp. Pour cela, nous réaliserons la phase d'étude préliminaire relative à la conception d'un passe poissons en lien avec une proposition de dérasement partiel proposée par le binôme 3. La finalité de ce travail est donc de fournir des propositions d'aménagements au Comité de Pilotage, qui retiendra une des solutions à l'issue de cette étude.

Le deuxième objectif est d'intervenir à une autre étape du projet de restauration. En supposant que l'arasement du seuil étudié par le binôme 3 est sélectionné comme solution d'aménagement par les acteurs du projet, nous établirons le dossier de déclaration au titre du Code de l'Environnement. Ceci permettra de respecter les exigences réglementaires requises pour la réalisation de tels travaux.

Méthodologie

1- Etude de la franchissabilité piscicole

1.1 - Description du site et des ouvrages existants

   Tout projet de restauration doit être précédé d'une étude préalable qui permet de cerner le contexte du cours d'eau concerné. Nous basons notre méthodologie sur le guide de passes à poissons du Centre d'Etudes Techniques Maritimes et Fluviales.

Nous commencerons par décrire le site du seuil d'Harchéchamp, son positionnement par rapport à l'échelle du bassin versant et par rapport à l'axe de migration des espèces piscicoles. Puis nous décrirons plus précisément le seuil (dimensions et côtes caractéristiques). Nous nous intéresserons ensuite au contexte piscicole et définirons les espèces présentes et leur abondance, celles qu'on veut faire migrer au travers de la passe et leurs périodes de migration (montaison et dévalaison). Le comportement des poissons au niveau de l'obstacle devra également être étudié (zones de blocage, zones de rassemblement).

Ensuite, nous listerons les activités et usages susceptibles d'interagir avec la mise en place d'un dispositif de franchissement piscicole. Les parcelles cadastrales concernées par le projet seront recensées. Une liste des études réglementaires à réaliser dans le cadre du projet sera établie.

Cette étude préalable permettra de déterminer la nécessité ou non d'aménagement au niveau de cet ouvrage. Les données nous permettront de définir les différents critères à prendre en compte dans les scénarios d'aménagement (en particulier les problématiques de franchissabilité).

1.2- Comparaison de deux dispositifs

  Deux aménagements seront étudiés parmi les passes à bassin, les passes à ralentisseur et les passes naturelles. Pour chaque installation, nous proposerons un site d'implantation en fonction des différentes contraintes de coût, d'efficacité et de facilité d'entretien.

La plage de fonctionnement du dispositif sera fixée en termes de niveau d'eau et de débit. Le débit dépend des dimensions de l'ouverture avale. La passe sera donc dimensionnée en fonction du débit à retenir dans la passe. Celui-ci sera calculé pour chaque installation pour avoir une vitesse d'attraction efficace et une hauteur d'eau dans la passe suffisante en fonction des populations de poisson ciblées. Le descriptif de ces aménagements sera accompagné par une estimation du coût des travaux.

Une analyse comparative multicritères sera ensuite réalisée pour ces deux scénarios.

2- Dossier de déclaration d'un des scénarios d'aménagement

   Le choix de l'aménagement n'est pas du ressort du bureau d'étude. Nous supposerons que le scénario d'arasement du seuil a été choisi par les acteurs du projet.

Pour cet aménagement sélectionné, nous monterons un dossier de déclaration au titre du Code de l'Environnement en suivant la démarche inscrite dans l'article R214-32. Ce document précisera en particulier l'emplacement, les caractéristiques des travaux envisagés, les incidences ainsi que les compatibilités avec les réglementations type SDAGE (Schéma Directeur d'Aménagement et de Gestion des Eaux).

 

Moyens

Notre étude nécessite l'acquisition de données et renseignements sur le contexte autour du seuil d'Harchéchamp, de la documentation sur les passes à poissons et de la réglementation.

Contacts :

EPAMA : Etablissement Public d'Aménagement de la Meuse et de ses Affluents

  • Emmanuel Guilmin - Ingénieur en hydrologie et hydraulique

DDT : Direction Départementale des Territoires

  • DDT Vosges : Arnaud Delbecque (Police de l'eau), Pascal Durand (Référent ouvrages hydrauliques)
  • DDT Allier : Anne Toussirot (Service environnement)

Mairie d'Harchéchamp

  • Thierry Renaudeau (Maire)

Organismes à consulter :

DREAL Lorraine : Direction Régionale de l'Environnement, de l'Aménagement et du Logement

ONEMA : Office Natinonal de l'Eau et des Milieux Aquatiques

Agence de l'Eau Rhin Meuse

Comité de bassin Rhin Meuse

Fédération de Pêche des Vosges (88)

Documents : 

Code de l'Environnement

Portail de l'eau : www.eaufrance.fr/

SIERM : Système d'Informations sur l'Eau Rhin Meuse

Larinier M. et al. (2006). Guide Technique pour la conception des passes naturelles. Rapport GHAAPPE RA.06.05-V1, 66 pages.

Aigoui F. et Dufour M. (2008). Guide passes à poissons. Voies navigables de France.

Cartes topologique et bathymétrique

Cadastre d'Harchéchamp

​Cartes équipements et réseaux

Données hydrologiques, hydrauliques et sédimentaires

Données sur la franchissabilité piscicole.

 

 

Planning prévisionnel

Nous nous proposons de suivre le planning suivant tout au long de ces cinq semaines:

 

Binôme 3 : Scénarios d'aménagement et modélisation hydro-sédimentaire

 

 

Objectifs

Comme vu dans le cahier des charges de groupe, la problématique d'inondabilité est forte à Harchéchamp.

  • Présentation du tronçon étudié

Le tronçon étudié, d'une longueur de 900 m est situé dans le village d'Harchéchamp. Le Vair,  d'une largeur moyenne du lit mineur de 12 m comporte plusieurs ouvrages transversaux :

  • une passerelle en amont du village,
  • un seuil,
  • un pont en aval du village.

Image originale : Google Maps - ©2013 Google

  • Enjeux

 

  • Enjeux hydraulique et hydro-sédimentaire :

L'analyse de l'impact du seuil et du pont sur la ligne d'eau au niveau du village, constitue un point de départ pour mener une réflexion sur les améliorations possibles des conditions d'écoulements visant à diminuer les risques d'inondations.

Toutefois, l'étude de l'arasement du seuil nécessite de prendre en compte l'évolution de la bathymétrie sur l'ensemble du tronçon afin d'évaluer :

  • d'une part, les risques de déstabilisation de l'ouvrage amont par érosion régressive,
  • et d'autre part, les risques d'inondation liés à une élévation du niveau de la bathymétrie en aval du tronçon compte-tenu du déplacement des matériaux actuellement bloqués en amont du seuil.

Cette étude hydro-sédimentaire permettra de déterminer la faisabilité d'une telle opération d'arasement. Cette approche n'est toutefois pas exhaustive et d'autres solutions d'aménagement seront étudiées afin de disposer d'un choix.

  • Autres enjeux :

Les autres enjeux liés aux aménagements du Vair à Harchéchamp sont : 

  • coût,
  • impact paysager,
  • impact environnemental.

 

 

  • Objectifs

L'objectif est de donner la possibilité d'évaluer l'efficacité des aménagements envisagés sur la base des critères suivants :

  • impact sur la stabilité de la passerelle situé en amont
  • fréquence d'inondation
  • diminution de la ligne d'eau par rapport à la situation actuelle
  • nombre d'habitations inondées
  • coût estimatif des travaux d'aménagement
  • impacts paysager et environnemental

 

 

Méthodologie et présentation des résultats

  • Méthodologie

La méthodologie employée pour ce projet se décompose en deux temps ; une première phase de calage de modèle hydraulique puis une modélisation des différents scénarios envisagés.

  • Phase 1 :

La phase de calage du modèle hydraulique se décompose comme suit :

  • création du maillage sous Matisse à partir du Modèle Numérique de Terrain (MNT) et des levées topographiques fournis par Genivar,
  • simulation hydraulique sous Telemac 2D afin de caler et valider le modèle sur les évènements de référence
  • Phase 2 :

La phase de modélisation se décompose comme suit :

  • définition des scénarios d'aménagement:

Dans un premier temps, les scénarios d'aménagement porteront sur l'arasement partiel ou total du seuil. En fonction des résultats des simulations pour ces premiers scénarios, d'autres scénarios d'aménagement pourront être explorés (influence du pont en aval, ouvrages de protection longitudinale, ouvrage écrêteur de crue...)

  • adaptation du maillage réalisé préalablement sous Matisse,
  • simulations hydrauliques et sédimentaires,
  • évaluation de la ligne d'eau amont à partir d'une simulation hydraulique sous Telemac 2D et sédimentaire sous Sisyphe, pour les débits décennal, cinquantennal, centenal​.

On limitera l'étude du transport sédimentaire aux sédiments actuellement piégés par le seuils et aptes à être mis en mouvement après aménagement.

  • synthèse de l'impact du scénario d'aménagement selon les critères suivants :
    • fréquence d'inondation (crues décennale, cinquantennale, centenale)​
    • diminution de la ligne d'eau par rapport à la situation actuelle
    • nombre d'habitations inondées
    • coût estimatif des travaux d'aménagement

 

  • Présentation des résultats

Les résultats seront présentés sous la forme de notes techniques des aménagements envisagés, de documents cartographique mettant en evidence les zones innondables et les lignes d'eau et d'un tableau de synthèse type présenté ci-dessous :

Scénario    Abaissement de la ligne d'eau (m) Nombre d'habitations inondées Coût estimatif de l'aménagement  Impact paysager
S1 Q10        
  Q50        
  Q100        
S2 Q10        
  Q50        
  Q100        
...          
Sn Q10        
  Q50        
  Q100        

 

Plan de travail et organisation entre binômes

  • Le diagramme de Gant ci dessous permet d'organiser la charge de travail et de prévoir l'articulation du projet entre les binomes :

 

  • Le binôme 3 interagit avec les deux autres binômes :
    • il recevra les données hydrauliques (débits de crues de référence, hydrogrammes) du binôme 1 en charge de l'étude hydrologique du bassin versant. Ces données permettront de démarrer la modélisation à partir du 22 février.
    • il livrera les paramètres hydrauliques au binôme 3 (hauteurs de chute amont et aval du seuil) pour les débits des périodes de migration et de fonctionnement des ouvrages d'interêt écologique.

Références documentaires

L'étude hydraulique se base sur plusieurs ouvrages de référence

  • Guide méthodologique pour le pilotage des études hydrauliques, Rapport du Ministère de l'Ecologie, du Développement et de l'Aménagement Durable, sept. 2007

 

  •  Stratégie d’intervention de l’Agence de l’Eau sur les seuils en rivière, Malavoi J.-R., Paris P., sept. 2003

 

On s'appuiera également sur les nombreux retours d'expérience d'aménagements, compilés sur le site http://www.economie.eaufrance.fr/spip.php?rubrique108&id_mot=84,