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.