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  • 1ENGEES 3me anne / Gnie de lEnvironnement 13/11/2006

    Hydraulique des crues et des coulements dbordants

    Hydraulique des crues et des coulements dbordants

    S.PROUST - Cemagref LyonU. R. Hydrologie Hydraulique

  • 2

    Partie 1

    Fondamentaux sur les inondations et leur

    modlisation

  • 3

    1. Introduction

  • 1. Introduction 4

    tymologie :Empr. au lat. inundatio, inondation, dbordement.

    Dfinition existante :Le RobertDbordement d'eaux qui inondent le pays environnant. Inondation causes par les pluies, la fonte des neiges, la crue d'un torrent, les hautes eaux d'une rivire..

    Inondation

    NB : Dfinition de crue (daprs Littr) :

    lvation du niveau des eaux dun cours deau par suite de pluies ou fonte des neiges

  • 5

    La monte lente des eaux en rgion de plaine

    Les inondations de plaine La rivire sort de son lit mineur lentement et peut inonder la plaine pendant une priode relativement longue. La rivire occupe son lit moyen et ventuellement son lit majeur.

    Les inondations par remonte de nappeLorsque le sol est satur d'eau, il arrive que la nappe affleure et qu'une inondation spontane se produise. Ce phnomne concerne particulirement les terrains bas ou mal drainset peut perdurer.

    La formation rapide de crues torrentielles conscutives des averses violentes

    Les crues des rivires torrentielles et des torrents

    Prcipitations intenses sur tout un bassin versant : les eaux ruissellent et se concentrent rapidement dans le cours d'eau, d'o des crues brutales et violentes dans les torrents et les rivires torrentielles. Le lit du cours d'eau est rapidement colmatpar le dpt de sdiments et des bois morts peuvent former des barrages, appels embcles. Lorsqu'ils viennent cder, ils librent une norme vague, qui peut tre mortelle.

    Le ruissellement pluvial urbain

    Les crues rapidesdes bassins priurbains

    L'impermabilisation du sol (btiments, voiries, parkings, etc.) limite l'infiltration des pluies et accentue le ruissellement, ce qui occasionne souvent la saturation et le refoulement du rseau d'assainissement des eaux pluviales. Il en rsulte des coulements plus ou moins -importants etsouvent rapides dans les rues.

    Types dinondation

  • 1. Introduction 6

    Le risque inondation en France

    8 000 communes concernes par le risque dinondations fluviales

    6% de la superficie du territoire mtropolitain

    5 millions dhabitants en zone inondable soit 8% de la population

    Des dommages potentiels importants : Seine (10 12 milliards deuros), Loire Moyenne (6 milliards deuros)

    (Donnes du MEDD, Ph. Orignac)

  • 1. Introduction 7

    Les communes risques

    http://www.prim.net

  • 1. Introduction 8

    Historique des inondations en France

    1846, 1856, 1866 Trois crues centennales de la Loire 1910 Crue de la Seine Paris 1930 Crue du Tarn Montauban, la plus meurtrire du sicle

    avec quelques 200 morts, 10 000 sinistrs 1988 Crue de la Vistre Nmes : 9 morts ; 4,1 milliards de francs

    de dommages 1990 Inondations dans l'Ouest de la France, en Alsace et Franche-

    Comt : 1,2 milliards de francs d'indemnisation 1992 Crue de l'Ouvze (Vaison-la-Romaine) : 41 morts; 3

    milliards de francs de dommages

  • 1. Introduction 9

    1993-94 Inondations gnralises dans le nord de la France : 21 morts ; 3.5 milliards de francs de dommage

    1994 Inondation Nice, 800 millions de francs d'indemnisation 1995 Inondations gnralises dans le nord de la France : 2,6 milliards de

    francs d'indemnisation 1997 Inondations en Normandie, 400 millions de francs 1998 Inondation dans la rgion de Montpellier 1999 Novembre Crue de lAude : 29 morts 2001 Avril-Mai Crue de la Somme : 250 millions de francs de dommages 2002 Gard et dpartements limitrophes : 1,2 milliard d'euros 23 morts 2003 Basse valle du Rhne (Arles et Camargue) 2005 Crue du Vidourle

    Historique des inondations en France

  • 10

    Rhne Lyon, 1928

    Somme, Mai 2001

  • 11

    Bretagne, janvier 2001

    6/1/01 - Quimperl

    7/1/01 - Redon9/1/01 - Redon

  • 12

    Rgion Arles Nmes Dcembre 2003

    Photo spot

  • 13

    2. Enjeux / Niveau dala

  • 14

    Enjeux dune tude hydraulique

    2) Prdiction du dbit dans le lit majeur (Qmaj)

    (amortissement de crue, exportation de sdiments, vulnrabilit)

    coulements dans le lit majeur {Qmaj , hmaj}

    Prdire le risque dinondation :

    1) Relation dbit (Q) hauteur (h)

    (zonage, capacit dcoulement)

  • 15

    Carte de la crue centennale

    Valle de la Liane

  • 16

    De T = 10 ans T = 1000 ans

  • 17

    Analyse du niveau d'ala

    Modlisation hydraulique de la rivire l'aide des quations de St Venant

    Simulation des crues pour diffrents scnarios

  • 18

    Analyse du niveau d'ala

    Variables dtude :

    Dbit Q : modle simplifi de type onde diffusante (annonce des crues)

    Dbit Q, Niveau Z : Saint-Venant 1D (avec casiers au besoin) ; par exemple pour dlimiter une zone inondable.

    Z, Vitesse moyenne en lit mineur, vitesses ponctuelles (ou moyennes) dans les zones de dbordement car on a besoin dvaluer la dangerosit du flot : un modle saint-venant 2D ou 1D par lit est ncessaire.

    Z et directions dcoulement dans la plaine dinondation : modlisation 2D

  • 19

    3. Degr de complexit

  • 20

    Degr de complexit dune tude hydraulique

    tude simple : lit simple et rgulier, homogne, de faible pente avec axe principal autour duquel sorganisent les coulements de crues;

    tude classique : complexit simple assortie dun amnagement usuel (infrastructure orthogonale laxe dcoulement ou presque, seuil ou barrage de forme simple)

    tude ramifie : embotement de situations simples ou classiques par parties ; mais la juxtaposition des cas simples complique ltude (confluents, diffluents, lit mineur perch, les)

  • 21

    tude dlicate : ncessit de simuler des crues en rgime transitoire dans un contexte dtude simple, classique ou ramifie : a) caractristiques temporelles de la propagation des crues ; b) le secteur dtude se dcompose en sous-secteurs spars par des lignes structurantes qui agissent sur la direction des coulements en lit majeur en fonction du niveau de submersion (casiers topographiques).

    tude spcialise : prsence dune difficult trs particulire telle que ressaut hydraulique simuler, vecteurs vitesse dterminer en certains points du lit majeur, coulement dans un ouvrage complexe, coulement en lit majeur scartant de manire significative de laxe dcoulement du lit mineur

    Degr de complexit dune tude hydraulique

  • 22

    Potentialits hydrauliques de sous-secteurs identifis :

    Elles sapprcient partir de :

    La pente hydraulique du profil en long de la valle et/ou des laisses de crues disponibles : elle dtermine presque elle seule le rgime hydraulique prvisible des coulements (fluvial ou torrentiel) et donc, les dconnexions hydrauliques par rgime critique

    Les sections de contrle ou de contraction des coulements imposent leur conditions restreintes dcoulement toute la fraction de valle dans le remous en amont : verrous hydrauliques gologiques ou lis des infrastructures (remblai sans ouvrage de dcharge, passage en siphon sous obstacle insubmersible)

    ! : pour les grandes crues, les ouvrages barrant le lit mineur ont une incidence limite ; mais pour les crues faibles, les pertes de charge sont importantes, et ils deviennent des sections de contrle.

    Degr de complexit dune tude hydraulique

  • 23

    4. Impacts des Amnagements

  • 24

    Les amnagements en situation de crue

    Transfert dans l'espace (1/2)

    Acclration des coulements : recalibrages endiguements curages

  • 25

    Transfert dans l'espace (2/2)

    Ralentissement des coulements : barrages digues transversales obstacles divers

    Les amnagements en situation de crue

  • 26

    Transfert dans le temps. Phnomne du laminage

    Les amnagements en situation de crue

  • 27

    Le recalibrage

    Surdimensionnement du lit mineur d'un cours d'eau

    Objectif : augmenter la dbitance, au moins localement. forte pente : amnagement efficace faible pente : amnagement peu

    efficace (Importance de la condition aval)

    Les amnagements en situation de crue

  • 28

    Lendiguement

    Endiguements longitudinaux installs le long du lit mineur

    Ils n'interfrent pas du tout avec le lit mineur lui-mme.

    Les amnagements en situation de crue

  • 29

    La digue transversale

    Effet de ralentissement Favorise le stockage

    d'eau et le laminage

    Les amnagements en situation de crue

  • 30

    Le barrage

    Effet de ralentissement Favorise le stockage d'eau

    et le laminage Fort impact en priode

    dtiage

    Les amnagements en situation de crue

  • 31

    Ouvrages et gestion des inondations

    Endiguements et recalibrages Limitation localement des dbordements du cours deau Augmentation de la contrainte hydraulique laval Effets ngatifs sur la ressource en eau

    Utilisation des zones dexpansion de crue Ecrtement des dbits de crue Limitation des dbordements laval Ces amnagements sont bnfiques deux titres :

    ils favorisent la recharge des nappes ils ninduisent pas deffets pervers laval

    Les amnagements en situation de crue

  • 32

    Consquences oprationnelles

    Il n'existe PAS d'amnagement sans impact. Impacts diffrencis en fonction des caractristiques. Effets de cumul possible. Ncessit d'analyse l'chelle d

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