Partie I : Préparation de l'étude

Rappel du contexte et des objectifs de l'étude hydraulique

Contexte

Cette étude hydraulique s'inscrit dans le cadre d'un projet global d'aménagement et de gestion du bassin versant amont de la Meuse, conduit par l'Etablissement Public Aménagement de la Meuse Amont (EPAMA). Cette étude actuellement en cours est réalisée par le bureau d'études Genivar. Elle fait suite à une étude préliminaire qui a permis de dégager deux grands axes de réflexion visant à réduire les risques d'inondation : 

  • l'aménagement du bassin versant (aménagement de zone d'expansion de crue, restauration des milieux annexes...),
  • l'amélioration des conditions d'écoulements sur les zones urbanisées sensibles, dont la commune d'Harchéchamp et dans laquelle s'inscrit la présente étude hydraulique.

Dans ce cadre, 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.

Cette approche n'est toutefois pas exhaustive et d'autres solutions d'aménagement seront étudiées afin de disposer d'un choix.

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

  • le coût estimé des travaux,
  • l'impact paysager,
  • l'impact environnemental.

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Présentation du tronçon étudié

Le tronçon étudié, d'une longueur de 900m 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.

 Le Vair est bordé en rive droite par le village d'Harchéchamp et en rive gauche par des prairies qui constituent la principale zone d'expansion des crues. Le cours d'eau est caractérisé par une pente moyenne faible de l'ordre de 6.10-4 m/m.

 

Figure 3.1 : Vue d'ensemble de la zone d'étude. Source : Google Maps



 

Description des ouvrages 

  • La passerelle

La passerelle est située dans le village sur la partie amont du tronçon. Elle est constituée de 9 piles maçonnées qui limitent l'obstruction du lit majeur bien que les écoulements puissent rentrer en charge pour des débits de crue qui seront déterminés ultérieurement.

Figure 3.2 : Vue de la passerelle. Source : Genivar

  • Le seuil

Le seuil situé à l'aval du village est équipé d'un vannage en rive gauche. La hauteur de la vanne est fixe.

Figure 3.3 : Vue amont de la partie gauche du seuil. Source : Genivar

 

Figure 3.4 : Vue amont de la partie droite du seuil. Source : Genivar

  • Le pont

Le pont situé à l'aval du tronçon est de type trapézoïdal. Il est constitué d'une pile centrale et d'une levée (talus routier) sur la totalité du lit majeur.

Figure 3.5 : Vue amont du pont. Source : Genivar



 

Objectifs

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

  • fréquence d'inondation
  • diminution de la ligne d'eau par rapport à la situation actuelle
  • coût estimatif des travaux d'aménagement
  • impact paysager
  • impact environnemental

Il sera ainsi étudié l'influence des ouvrages transversaux (passerelle, seuil et pont) sur les risques d'inondabilité puis l'efficacité de propositions techniques visant à améliorer les capacités hydrauliques et à abaisser la ligne d'eau dans les zones habitées.

Les variables étudiées sont les débits du Vair et la hauteur de la ligne d'eau au niveau d'Harchéchamp. L'intensité des débits seront exprimés pour une meilleure compréhension en terme de temps de retour de crue.

Inventaire critique et traitements des données

Afin de réaliser la modélisation hydraulique, trois types de données sont nécessaires :

  • des donnes hydrauliques permettant d'une part de construire le modèle (calage et validation) et celles concernant les débits de projet,
  • des données topographiques destinées aux calculs hydrauliques,
  • des données cartographiques permettant l'exploitation et la restitution des résultats.

 

Le bureau d'étude Genivar a fourni une certaine quantité de données brutes. Ces données ont alors fait l'objet :

  • d'une analyse afin d'en extraire les données réellement exploitables,
  • d'un traitement permettant d'être exploitées par les outils informatiques à notre disposition.

Enfin ces données ont été complétées par les résultats obtenus par le Binome 1 en charge de l'étude hydrologique.

Données disponibles

Données hydrauliques

Les données hydrauliques concernent les hauteurs d'eau et les débits nécessaires pour les calculs hydrauliques. Il y a besoin :

  • des données nécessaires à la construction du modèle qui se fait d'abord par un calage puis par une validation,
  • des données destinées à l'étude du comportement hydraulique du Vair (débits de projet).

 

Pour les données altimétriques, nous disposons :

  • De photographies prises lors de différentes crues (1995, 1996, 2001, 2006, 2011 et 2013). Pour ces données, nous ne disposons que très rarement de la date et de l'heure auxquelles les photographies ont été prises. 
  • De deux laisses de crues pour le pic de crue de l'événement de décembre 2011,
  • De la cote de la ligne d'eau sur l'ensemble du tronçon pour des débits d'étiages (23 juillet 2012),
  • De quelques points de levé de la ligne d'eau pris par le bureau d'études Hydratec le 24 avril 2007.

Concernant les débits, qui ont fait l'objet d'une étude de la part du Binome 1, nous disposons :

  • de chroniques de débits ramenés à Harchéchamp pour différents événements de crues (2011 et 2013) et des débits moyens journaliers pour les événements liés à de faibles débits,
  • des données sur deux stations de jaugeage situées à Belmont-sur-Vair (amont d'Harchéchamp) et à Soulosses-sous-Saint-Elophe (aval d'Harchéchamp). Les données issues de ces stations ont permis de définir les débits de projets à Harchéchamp.

Le tableau ci dessous synthétise l'ensemble des données hydrauliques disponibles :

Tableau 3.1 : Synthèse des données hydrauliques disponibles

Dates des mesures Débits

Données altimétriques

de la ligne d'eau

1995 Débits journaliers moyens Photos datées - non horodatées
1996 Débits journaliers moyens Photos datées - non horodatées
2001 Débits horaires Photo datées - non horodatées
2006 Débits journaliers moyens Photos datées- non horodatées
24 avril 2007 Débits journaliers moyens Levés altimétriques datés des lignes d'eau au niveau des ouvrages
27 novembre 2011 Débits horaires

Photos aériennes datées - horodatées,

Laisses de crues

23/24 juillet 2012 Débits journaliers moyens Levé altimétrique de la ligne d'eau
 2013 Débits horaires (non officiels) Photos aériennes datées - horodatées

Enfin, à noter qu'il n'existe ni courbe de tarage, ni de section de contrôle exploitable permettant de définir les conditions de limites nécessaires aux calculs hydrauliques sur le tronçon.

 

Données topographiques

Plusieurs sources de données acquises au cours d'études préalables sont disponibles :

  • Un modèle numérique de terrain réalisé dans le cadre de l'étude globale de la Meuse amont et couvrant l'ensemble du lit majeur du Vair (format TIN),
  • Une série de profils en travers pour chacun des trois ouvrages transversaux et comprenant une description détaillée des ouvrages, réalisée par le bureau d'étude Genivar en juillet 2012 (format Autocad),
  • Quatre profils en travers réalisés par le bureau d'étude Hydratec au cours d'une étude en avril 2007 (format Image).

 

Ces données sont géo-referencées ou positionnées sur un fond de plan dans le système de projection CC48, soit Lambert 93. Les données altimétriques sont levées dans le système de nivellement de la France (NGF).

Un premier travail d'analyse de ces données à permis de mettre en évidence des écarts importants allant jusqu'à 0,8 m  entres les données topographiques des profils en travers et celles du modèle numérique de terrain.

Données cartographiques

Nous disposons d'une photo satellite provenant du service Google Maps ainsi que de plusieurs photos satellites provenant du service Géoportail de qualité supérieure mais nécessitant d'être reconstituées et assemblées pour couvrir la totalité de la zone d'étude. La figure ci-dessous est un extrait du plan rassemblant les données topographiques de manière géoréférencée, projetées sur un fond de carte qui a également fait l'objet d'un géoréférencement. Le traitement SIG (système d'information géographique) a été exécuté avec le logiciel ArcGis.

On peut y voir la localisation des levées topographiques des lits mineurs et majeurs ainsi que des ouvrages réalisées par Genivar en aval du village, et quelques exemples de vue en travers de ces levées.

Figure 3.6 : Localisation des levées topographiques en aval du village. Sources avant superposition : Geoportail, Genivar.

Données exploitées

Données hydrauliques exploitées

Les données hydrauliques retenues pour le calage et la validation du modèle sont celles pour lesquelles nous disposons d'informations permettant de reconstituer en totalité ou partie la ligne d'eau et/ou les surfaces inondées. Elles sont présentées dans le tableau ci dessous :

Tableau 3.2 : Synthèse des données hydrauliques exploitées
 
Date des mesures

Type de données de débits

Valeur des débits (m3/s) Données altimétriques de la ligne d'eau Origine des données

23/04/2007

Débits journaliers 1.35 Levées de la ligne d'eau sur les ouvrages Etude Hydratec

17/12/2011 à 11h

 

Débit horaire à Belmont et Soulosses 91 Photos aériennes et laisses de crues Etude Genivar
23-24/07/2012 (étiage) Débits journaliers 0.33 Levées des lignes d'eau 

Etude Genivar

 

03/02/2013 à 09h Débit horaire à Belmont et Soulosses 85 Photos au sol Vigicrues, binômes 1 et 2
 

Pour les débits de projet, nous utiliserons les débits calculés par le binôme 1 et rappelés ci dessous.

Figure 3.7 : Courbe de fréquence des débits journaliers maximums annuels sur 41 ans

Nous en choisissons quatre : Q10, Q25, Q50, Q100. Ils sont définis comme suit :

QT est le débit de la crue qui, en moyenne, est observée tous les T ans. Ainsi, une crue de débit 94 m3/s au niveau d'Harchéchamp a été en moyenne observée une fois tous les dix ans. A noter qu'il s'agit de résultats statistiques et non prédictifs.

 

Crue de période de retour : Débit (m3/s) et intervalle de confiance

Tableau 3.3 : Débits projet du Vair à Harchéchamp

10 ans 94 [81,119]
25 ans 114 [96, 147]
50 ans 129 [108,168]
100 ans 143 [119, 189]

 



 

Données topographiques

Le choix a été fait de s'appuyer principalement sur les données issues des profils en travers qui sont beaucoup plus précises que le modèle numérique de terrain. Cependant, ces profils en travers ne couvrant pas la totalité de la zone inondable doivent être complétés avec des points du modèle numérique de terrain.

Figure 3.8 : Visualisation sous Matlab du modèle numérique de terrain et des levés à Harchéchamp et aux alentours

(cliquer pour agrandir)

 

Pour l'exploitation des résultats présentée en partie III, il a également fallu générer un fichier "terrain" (format .flt) à partir du MNT. Une série de traitements SIG présentée ci-après a été réalisée.

Figure 3.9 : Processus de traitement SIG du MNT

Lors du tracé du profil en long du Vair (la cote du point le plus bas des profils en travers est portée sur l'axe des abscisses curvilignes de la rivière, voir figure ci dessous), certains points sont apparus anormalement bas. Aucune explication physique ne pouvant justifier une discontinuité de la pente aussi importante, un doute est apparu sur la validité des données. Ces profils étant issus de l'étude Hydratec, l'hypothèse d'un problème de calage entre les deux sources de données a été émis. Il a alors été décidé de relever ces profils afin de les caler sur les pentes calculée à partir des profils de Genivar.

Figure 3.10 : Modification de la bathymétrie

Les zones de doute sont situées au niveau du village, en amont et entre les deux zones de levés topographiques de Genivar. Le fait de ne pas s'appuyer sur le profil Hydratec et d'utiliser une bathymétrie modifiée est discutable. Un levé contradictoire dans cette zone apporterait assez d'information pour confirmer ou infirmer l'hypothèse faite ci-dessus.

Figure 3.11 : Évolution de la pente du fond



 

Données cartographiques

Le fond de plan reconstitué à partir des images issues du site Géoportail, d'une résolution suffisamment fine pour être exploitable (1 pixel pour 0.8 m), a été retenu.