Solutions aux inondations

 

Dans cette partie, nous allons tenter de proposer des solutions aux événements étudiés dans la partie précédente :

  • une crue décennale
  • les "sudestadas"

Nous nous placerons dans le cadre où les inondations ne sont provoquées que par débordement du niveau d'eau au dessus des berges. Aussi nous nous baserons sur les profils de la rivière pour dimensionner nos aménagements.

 

Protection contre la crue décennale - Création de Bassin de rétention

 

Protection contre la crue décennale - Création de Bassin de rétention

 

Comme cela a été montré dans la partie précédente, la crue décennale engendre une inondation sur près de 17 km le long de la rivière et sur au moins 200 m de large. Il est donc important d'imaginer des aménagements susceptibles de réduire voire de stopper ces inondations. Plusieurs solutions sont envisageables dans un tel cas : sur-élévation des berges, création de digues, création d'un réseau de drainage... Mais la plus commune et la moins coûteuse reste la création de bassins de rétention afin d'accueillir le volume excédent d'eau. Nous allons donc  envisager cette solution pour notre problème. 

L'étude débute par l'estimation du volume excédentaire. Pour ce faire, il faut dimensionner un seuil latéral  évacuateur de crue (ou déversoir) sous HEC-RAS susceptible d'évacuer cet excédent : le volume d'eau évacué doit permettre de stopper les inondations mais ne doit pas être trop important pour ne pas assécher la rivière.

La modélisation d'un déversoir latéral sous HEC-RAS se déroule dans l'éditeur géométrique. On crée une structure latérale dite "out of the system", ce qui signifie que l'eau qui s'écoulera par cet aménagement sera évacuée hors de notre système : la rivière. Cette structure est placée à l'amont de la rivière (section 20067.88), pour contrôler le débit tout au long de la rivière. De plus, faute d'espace disponible dans la ville de Buenos Aires, les bassins seront implantés par la suite en amont de la rivière, il était donc judicieux de placer le seuil à cet endroit là. Puis on crée le seuil en indiquant :

  • sa forme géométrique
  • ses dimensions 
  • le coefficient de seuil
  • la distance par rapport à la section de référence où l'aménagement débute

Le coefficient de seuil est nécessaire dans l'établissement du calcul du volume évacué. En effet, l'équation de l'écoulement au niveau du seuil/déversoir utilisée par HEC/RAS (avec les unités anglo-saxones) est :

$$Q=CLH^{3/2}$$

avec

  • Q : le débit au niveau du déversoir
  • C : le coefficient du seuil (fonction de la géométrie du seuil). Pour l'étude, il a été fixé à 2,6, ce qui correspond à l'ordre de grandeur pour un tel seuil d'après l'ouvrage Handbook of Hydraulics (cf Bibliographie). Néanmoins, l'objectif étant de déterminer le volume excédentaire, la modification de sa valeur engendre seulement une modification de la géométrie du seuil : on converge toujours vers le même volume minimal à extraire.
  • L : la largeur de la crête du seuil
  • H : l'énergie à l'amont du seuil

En définitif, le seuil/déversoir capable d'évacuer seulement l'excédent d'eau générant des inondations possède les spécifications suivantes :

  • il est de type "broad crested" (rectangulaire)
  • il fait 50 m de long (direction parallèle à l'écoulement), 10 m de large (direction perpendiculaire à l'écoulement)
  • son "ouverture" fait 7 m de long, 1 m de haut et ne permet qu'à l'eau de niveau supérieur à 4 m de s'évacuer de la rivière (les berges étant à 5,4 m de haut).

Modélisation du seuil sous HEC-RAS  au niveau de la section 20067.55 - Cliquez pour zoomer

 

Le déversoir se remplit alors selon l'hydrographe ci-dessous, avec :

  • en bleu : le débit à l'amont
  • en rose : le débit à l'aval
  • en rouge : le débit à travers le déversoir

Hydrographe représentant l'évacuation de l'excédent d'eau par le déversoir - Cliquez pour zoomer

On obtient alors en intégrant l'aire sous la courbe, le volume évacué par le déversoir, soit $3.10^6 \ m^3$. Ce volume considérable correspond au volume d'eau minimale à évacuer lors d'une crue décennale. Il permet d'éviter tout débordement de l'eau au dessus du niveau des berges (cf profil de la rivière ci-dessous)

Profil de la rivière au plus fort de la crue en présence du seuil (en noir) - Cliquez sur l'image pour zoomer

 

A présent que le volume à évacuer a été identifié, il reste à représenter les bassins de rétention. Bien que théoriquement ce soit possible sur le logiciel HEC-RAS, le logiciel semble présenter une anomalie puisque la simulation en présence de bassins de rétention ne fonctionne pas en régime non permanent malgré l'aide apportée par deux enseignants de l'ENSEEIHT. Aussi, les bassins ont directement été représentés sur une carte après dimensionnement : au vu du grand volume d'eau à évacuer, nous avons choisi de diviser le volume à déverser en deux bassins de 50 hectares chacun ($1ha=10 000 m^2$) et de 3 m de profondeur. L'emplacement a été choisi pour réduire au maximum les gênes pour la population et l'urbanisation : les bassins sont placés en amont de la ville de Buenos Aires (à 4km en amont de la section où a été modélisé le seuil), sur une forêt.

La création de ces bassins présente non seulement l'avantage de stopper les inondations sur l'ensemble de la rivière à l'aval, mais ils peuvent aussi être utilisés dans un cadre touristique puisque en amont de Buenos Aires, l'eau est relativement propre et les bassins peuvent servir de base de loisir.

 

 

Lors de l'établissement du cahier des charges de binômes, une deuxième solution pour éviter les inondations avait été envisagée : la création d'un réseau de drainage. Or, au vu du volume excédentaire très important, une telle solution n'est en fait pas possible, le débit à évacuer est trop important. La création d'un réseau de drainage ne peut donc qu'être une mesure d'appoint : limitation de crue annuelle ou en appoint des bassins de rétention.

 

 

Proposition de solutions pour lutter contre les sudestadas

 

Proposition de solutions pour lutter contre les sudestadas

 

Les sudestadas sont un phénomène local, nous n'avons donc pas pu trouver de solutions dans la bibliographie. Cependant, les sudestadas peuvent être associées à des ondes de tempêtes, et il existe certaines solutions pour ces dernières. Dans certains pays, des murs côtiers ont été érigés pour contenir ces ondes de tempête. Les Pays-Bas ont mis en place un "plan Delta" de protection après les inondations causées par la mer du Nord en 1953. Par exemple, ils ont construit des barrages et des digues, comme le Oosterscheldekering et le Maeslantkering.

 

Le Oosterscheldekering est le plus important des ouvrages du plan Delta, et mesure 9 km de long. Ce barrage comprend de grandes glissières qui peuvent être abaissées en cas de fortes tempêtes, éventuellement combinées à une marée d'équinoxe, pour que la marée haute ne puisse franchir les digues. Il a été mis en service le 4 octobre 1986, et a coûté aux Pays-Bas la somme de 2 500 000 000 €, et a été utilisé seulement deux fois.

 

Oosterscheldekering -http://http://www.bus-idee.nl/InfopaginaBurghHaamstedeWaterlandNeeltjeJans.htm

 

 

 

 

Le Maeslantkering est le plus récent mais aussi le dernier ouvrage du Plan Delta des Pays-Bas. Le barrage est composé de deux portes mobiles, se refermant automatiquement lorsque le niveau de l'eau dépasse 3 mètres. Il a été mis en place en juin 1997 et a servi une seule fois en 2007. Son coût s'élève à 360 millions d'euros.

 

 

Maeslantkering - https://beeldbank.rws.nl/

 

Pour notre étude, il est impossible d'envisager l'une de ces solutions, au vu du coût qu'elles représentent. Cependant, la fréquence des sudestadas étant relativement élevée (au moins deux fois par an), un tel ouvrage serait un investissement certes conséquent mais nécessaire. Il serait aussi possible de :

  • Surélever les structures portuaires, les ouvrages au large, et les habitations sur 2 km de rivière
  • Déplacer les populations temporairement le temps de la construction d'immeubles appartements de façon à ce que les plus bas étages puissent être inondés sans trop de dommages

Mais ces deux possibilités représentent des coûts tout aussi importants et engendrent un déplacement temporaire des populations.

Pour limiter l'importance des impacts des sudestadas, quelques solutions sont envisageables à plus petite échelle :

  • Afin de réduire l'érosion et de fournir un habitat à la faune, ajouter de la végétation dans la zone côtière pour absorber l'énergie des vagues
  • Prévoir de l'espace de chaque coté de la rivière pour que celle-ci puisse déborder, avec des zones tampons d'herbe, d'arbres ou d'arbustes. Cela permettrait également l'installation de ripisylves sur ces zones pour accumuler la pollution de l'eau et ainsi "profiter" des sudestadas pour dépolluer la rivière et les berges.

Néanmoins, l'installation de potentielles zones tampons reste dans le domaine de l'impossible tant que l'extension urbaine de la ville de Buenos Aires n'est pas contrôlée (trop forte concentration de populations précaires autour du fleuve).