Impact hydraulique des scénarios

Etude hydraulique de l'influence du pont et du seuil sur les inondations

• Aménagement du pont

En simulant les crues de projets (Q10, Q25, Q50, et Q100), on se rend compte que le pont situé à l'aval du village ne rentre pas en charge. La perte de charge amont-aval causée par le pont est de plus négligeable. La réduction de la section hydraulique n'implique pas d'effet de retenue majeur.
Ces éléments nous permettent de conclure sur le bon dimensionnement du pont construit récemment et sur son impact négligeable sur les inondations. Aucun aménagement n'est à prévoir.

• Arasement total ou partiel du seuil

 La ligne d'eau a été modélisé pour les crues de projet, dans le cas où l'on arase le seuil à sa hauteur moitié, et dans le cas où l'on le dérase, comme illustré sur la figure ci-dessous :

Figure 3.25 : Scénarios d'arasement et de dérasement du seuil (cliquer pour agrandir)

Figure 3.26 : Lignes d'eau avant et après dérasement du seuil (cliquer pour agrandir)

 

Pour des crues de projet, force est de constater que le seuil s'efface et devient complètement noyé. Après des simulations pour des débits inférieurs, on se rend compte qu'il s'efface lors de crues qui n'impactent pas le village en terme d'inondation. Dès lors, on en conclut que dans une problématique d'inondation, l'arasement total ou partiel du seuil n'est pas indispensable.

Il faut par ailleurs noter que le dérasement du seuil implique un abaissement conséquent de la ligne d'eau au niveau du village pour des débits hors crue. Cet impact est à prendre en considération notamment pour les usages halieutiques et paysager.

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Étude hydraulique des aménagements envisagés

• Construction d'un mur le long du Vair en rive droite

Hec-Ras permet l'implantation de structures latérales de protection. Un mur seul permet de se protéger des crues, cependant sa hauteur dépend du degré de protection que l'on souhaite atteindre.

Le tableau ci-dessous résume les caractéristiques du mur nécessaire à la protection des habitations dans le village pour les crues de projet.

Tableau 3.5 : Caractéristiques du mur de protection

Débits de crue	Hauteur de mur moyenne	Hauteur de mur maximale	Longueur du mur
Q10	22 cm	55 cm	414 m
Q25	54 cm	79 cm	450 m
Q50	64 cm	96 cm	522 m
Q100	72 cm	101 cm	617 m

Plusieurs remarques sont à faire :

• Les cotes du mur sont calées à partir des cotes de la route, repère altimétrique sur lequel nous avons décidé de nous appuyer pour considérer le début de l'inondation. Cependant, deux habitations se trouvent entre la rive droite du Vair et la route. Pour ces habitations, une protection particulière doit être pensée.
• Un mur de protection implique la mise en place :

- de stations de pompage nécessaires pour évacuer d'une part les eaux de ruissellements du sous bassins versant délimité par le mur, et d'autre part les volumes d'eaux liés aux risques de survers en cas d'élévation de la cote du Vair au delà de la cote du mur. Ces stations de pompages doivent implanter aux points bas du village.

- de batardeaux amovibles permettant de protéger le village des arrivées d'eau issues de la route et de l'accès à la passerelle.

Figure 3.27 : Plan d'aménagement d'un mur de protection

• Aménagement de la rive gauche du lit majeur

Approche physique de la proposition d'aménagement étudiée :

Compte tenu des résultats évoqués ci dessus, et de l'impact paysager que pourrait engendrer la construction d'un mur de protection, l'aménagement du lit majeur de la rive gauche a été également envisagé. Le principe de ces travaux consistent à rechercher une augmentation de la débitance du Vair en augmentant la section d'écoulement pour les débits de crue par recalibrage de la rive gauche. 

L'effet de la débitance sur la diminution des pertes de charge et l'abaissement de la ligne d'eau est traduit par la relation suivante :

 

$ J = \frac{H_{amont}-H_{aval}}{L} = \frac{Q^2}{D^2} $

​avec

• J la perte de charge linéaire (m/m)
• L la longueur du tronçon (m)
• H la charge hydraulique (m)
• Q le  débit (m³/s)
• D la débitance ​(m³/s) tel que D = K_s.S.R_h^2/3 avec
  
  • K_s le coefficient de Strickler (m^1/3.s^-1)
  • ​S la section mouillée (m²)
  • et R_h le rayon hydraulique (m) tel que  R_h soit égal au rapport de la section d'écoulement S sur le périmètre mouillé P_m.

La débitance peut ainsi être exprimée en faisant apparaître le périmètre mouillé : D=K_s.S^5/3.P_m^-2/3.

Aussi en faisant augmenter de façon optimale le produit S^5/3.P_m^-2/3, il est possible d'augmenter significativement la débitance et donc à débit et coefficient de frottement égaux de diminuer les pertes de charge le long du tronçon considéré. Cette diminution des pertes de charges ainsi générée se traduit alors par un abaissement de la ligne d'eau en amont du tronçon.

Description des travaux :

Les travaux consiste à recalibrer la rive gauche du Vair entre la zone amont et le seuil. La zone d'emprise des travaux est contrainte latéralement par la présence de deux anciennes bâtisses agricoles et en aval par l'aire de stockage de la scierie. Concernant la passerelle située en amont, un aménagement particulier assurant une bonne transparence hydraulique devra être prévu pour la raccorder au nouveau profil. Un plan d'aménagement est présenté ci dessous.

Figure 3.28: Aménagement de la rive gauche du Vair

Le recalibrage envisagé ne porte que sur le lit majeur. Le dimensionnement a été réalisé en définissant une pente de la zone d'expansion de 0,5% ainsi qu'une pente de raccordement au terrain naturel (limite de zone d'emprise des travaux) de 10% permettant d'assurer une stabilité des terrains et une intégration paysagère acceptable.

La cote de débordement du lit mineur a alors été calée en abaissant successivement l'ensemble des profils jusqu'à obtenir une efficacité de l'aménagement ( non inondation de la route au niveau des habitations) pour un débit défini (Q₁₀).

Figure 3.29 : Illustration du décaissement du lit majeur en rive gauche

Résultats de la modélisation hydraulique :

Le calage des profils permettant d'éviter les crues pour la crue décennale a permis de définir une nouvelle topographie de la rive gauche. Les résultats de la modélisation hydraulique sont présentés dans le graphique ci dessous.

Cet aménagement permet un abaissement conséquent de la ligne d'eau au niveau des habitations de 0,2 m à 0,4 m pour l'ensemble des débits de projets.

Il permet ainsi d'abaisser la fréquence d'apparition de la ligne d'eau de temps de retour 10 ans à un temps de retour de 25 ans et d'abaisser considérablement les cotes des lignes d'eau pour les débits de crue de temps de retour 50 ans et 100 ans.

 

Figure 3.30 : Étude de l'impact sur la ligne d'eau de l'aménagement de la rive gauche  (Cliquer pour agrandir)

Limites et perspectives du recalibrage de la rive gauche

Limites du projet :

Compte tenu du volume important des terrassements mis en jeu, de l'ordre de 80 000 m³ , le choix a été fait de présenter une version minimaliste en terme de résultats pouvant être attendus par cette typologie de travaux. Elle présente en effet:

• une limite temporelle lié au temps de retour des inondations qui restent assez élevés (limite de fonctionnement pour des débits supérieurs aux débits décennaux),
• une limite spatiale liée à la non prise en compte de la scierie située en aval du seuil.

Perspectives d'améliorations :

L'étude de scénarios plus ambitieux basés sur cette typologie de travaux nécessiterait l'utilisation d'un logiciel de CAO-DAO permettant de faire aisément évoluer la topographie du site et d'augmenter le nombre de simulations afin d'optimiser les profils à mettre en oeuvre.

Par ailleurs deux autres pistes peuvent être envisagé pour répondre aux limites présentées ci dessus :

• le couplage du recalibrage avec une protection physique vis à vis des crues -de type mur- étudiée précédemment,
• la protection de la scierie -aval rive gauche en aval du seuil- par le réemploi des matériaux issus des terrassements.

Ces deux axes sont développés ci après.

 

Protection de la scierie contre les inondations

Deux alternatives existent quant à la protection de la scierie ; soit la construction d'une digue de protection, soit le remblaiement de l'ensemble de la plateforme de stockage. La géométrie du site a été modifiée de façon à protéger la scierie de la crue de temps de retour 25 ans, soit une hauteur maximum de remblai d'environ 1.5 m.

Le graphique ci dessous traduit l'élévation de niveau d'eau au niveau de la zone urbanisée. Celle-ci évolue entre +0,02 m et +0,06 m.

 

Figure 3.31 : Étude de l'impact sur la ligne d'eau de l'ouvrage de protection de la scierie

 

• Compromis aménagement de la rive gauche du lit majeur + mur

Ce troisième et dernier scénario conserve le recalibrage du lit majeur en rive gauche adjoint d'un mur de protection, bien entendu moins imposant que s'il avait été prévu seul. On résume ses caractéristiques dans le tableau ci-après :

Débits de crue	Hauteur de mur moyenne	Hauteur de mur maximale	Longueur du mur
Q10	Protégé par le recalibrage
Q25	26 cm  (-28cm)*	79 cm	450 m
Q50	36 cm   (-28cm)*	96 cm	522 m
Q100	49 cm   (-23cm)*	101 cm	617 m

* : gain par rapport au scénario de murs seuls

Tableau 3.6 : Caractéristiques du scénario de compromis entre mur et recalibrage de la rive gauche

Evaluations financières

Les propositions d'aménagement de la rive gauche et de l'ouvrage de protection contre les inondations ont été estimées financièrement.

Estimation financière de l'aménagement de la rive gauche 

Les principaux postes de cet aménagement sont :

• le décapage et la mise en dépôt de la couche végétale sur une épaisseur de 0.25 m,
• le reprofilage de la rive gauche du lit majeur,l'évacuation des déblais. Sur ce point, il réside une part importante d'incertitude liée aux possibilités de réemploi des matériaux. Le chiffrage proposé est basé sur une évacuation dans un rayon d'une trentaine de kilomètres.
• la remise en forme et la revégétalisation du site,
• enfin le prolongement de la passerelle en vue de son raccordement au terrain reprofilé.

Le chiffrage est présenté ci dessous. Il en sort une évaluation du coût des travaux de l'ordre de 1 000 000 d'euros.

Tableau 3.7 : Chiffrage du scénario d'aménagement du lit majeur de la rive gauche

 

L'aménagement de la zone de protection de la scierie n'entraîne pas de surcoût des travaux voir certaine un abaissement du montant compte tenu des économies réalisées sur les postes d'évacuation des matériaux.

 

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Estimation financière de l'aménagement d'un mur de protection

En se basant sur les prix unitaires de l'étude préliminaire du bureau d'études Hydratec ainsi que sur les retours d'expériences disponibles sur le site eaufrance.fr, un chiffrage estimatif du coût de la construction du mur de protection a été réalisé. Le détail du coût estimatif du mur de protection contre la crue décenale est présenté ci dessous.

Tableau 3.8 : Chiffrage du scénario d'aménagement d'un mur de protection contre Q10

En appliquant les même prix unitaires, les coûts du mur de protection vis à vis des différentes crues de projet ont été estimés et sont présentés dans le tableau ci dessous.

Tableau 3.9 : Synthèse des prix des différents scénarios d'aménagement du mur

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Estimation financière de la solution mixte "mur et recalibrage"

 

Tableau 3.10 : Synthèse des prix des différents scénarios d'aménagement du mur

Synthèse des impacts des aménagements

 La synthèse des résultats obtenus ainsi qu'une analyse des impacts des différents scénarios est présentée ci dessous.

 

Scénarios	Protection contre les innondations	Estimation de prix	Impact paysager	Impact environnemental
Sans aménagement (état actuel)	jusqu'à Q5	-	-	Seuil non franchissable
Arasement/dérasement du seuil	Aucun effet, jusqu'à Q5	40 k€	Abaissement de la ligne d'eau en été  (usage halieutique et aspect paysager perturbés)	Positif en terme de franchissabilité abiotique et biotique
Mur de protection en rive droite	de Q5 à Q100 en fonction de l'efficacité voulue (hauteur de mur), Scierie non protégée.	de 346 k€ à 612 k€	Visibilité réduite de la rivière, Peu esthétique.	Seuil non franchissable
Recalibrage de la rive gauche	jusqu'à Q10 Scierie non protégée.	1 000 k€	Bonne intégration paysagère possible (zones humides), Prolongement de la passerelle.	Bonne intégration environnementale de la rive gauche, Seuil non franchissable
Mur et recalibrage de la rive gauche	de Q5 à Q100 en fonction de l'efficacité voulue (hauteur de mur), Scierie non protégée.	1000 à 1500 k€	Diminution de hauteur du mur.	Bonne intégration environnementale de la rive gauche, Seuil non franchissable
Option : Protection contre les crues de la scierie	jusqu'à Q25 Impact sur la ligne d'eau amont  +0.04m	Pas de surcoût	Peu esthétique	-

Tableau 3.11 : Tableau d'aide à la prise de décision sur les scénarios d'aménagement

Conclusions et bibliographie

Conclusions de l'étude hydraulique 

La première information importante à retenir de cette étude est l'impact quasi inexistant du seuil sur l'élévation du niveau d'eau en période d'inondation du village. D'un point de vue hydraulique, son arasement ou son dérasement ne semble pas prioritaire en terme de lutte contre les inondations mais doit faire l'objet d'une réflexion dans le cadre de la restauration de la continuité écologique.

​Ensuite, deux aménagements ont été proposés : 

• l'établissement d'un mur de protection, aménagement le moins coûteux mais présentant un impact paysager non négligeable,
• le recalibrage du lit majeur de la rive gauche, plus coûteux que la solution précédente à efficacité égale mais présentant une meilleure intégration paysagère  et permettant une valorisation une écologique. Ce scénario nécessite également une intervention sur le passerelle qui doit être prolongée.

Le couplage entre les deux solutions semblent également être une solution intéressante qui limite l'impact paysager lié à la construction du mur de protection.

Enfin la décisions final doit passer par une recherche de compromis entre l'efficacité attendues en terme de lutte contre les inondations, le coût induit par les aménagements ainsi que leurs  impacts paysagers et environnementaux. A ce titre des améliorations peuvent être apportées au projet par une optimisation du recalibrage et par une recherche de possibilité de réemploi des matériaux excédentaires issus des terrassements en particulier dans le cadre de la mise en oeuvre de Zones de Rétention Dynamiques des Eaux.

 

Bibliographie utilisée par le binôme 3

 

• Hec-Ras User's Manual version 4.1, jan. 2010
• Hec-Ras Hydraulic Reference Manual version 4.1, jan. 2010
• Estimation de paramètres en hydraulique fluviale, à partir de données caractéristiques de l’imagerie aérienne​, H. Roux, déc. 2004

• Evaluation of 1d and 2d numerical models for predicting river flood inundation, Horritt M. & Bates P., 2002, J. of Hydrology​

• 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'appuie également sur les nombreux retours d'expérience d'aménagements, compilés sur le site eaufrance.