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Page de garde en cours de réalisation suite à notre nouvellecertification ISO - Livrable L7 v0 du 14/04/2017 rédigé par Laurianne

Bellet et validé par Fabien Doussière

Livrable L7 / Méthode de détermination de l’aléa de référence

Table des matières

Préambule...........................................................................................................................................5

Partie - 1 Analyse hydrologique...........................................................................................................7

1.1 Données disponibles.................................................................................................................81.1.1 Données pluviométriques.................................................................................................91.1.2 Données hydrométriques et limnimétriques..................................................................13

1.2 Analyse des événements historiques......................................................................................131.2.1 Événements retenus pour le calage des modèles hydrauliques.....................................131.2.2 Analyse des principaux événements et principaux enseignements hydrologiques.......14 Décembre 1999.......................................................................................................................14 Été 2000...................................................................................................................................15 4 mars 2012.............................................................................................................................17 30 mai 2016.............................................................................................................................19 7 juin 2016...............................................................................................................................211.2.3 Sélection des événements de référence.........................................................................24

1.3 Analyse des données..............................................................................................................241.3.1 Fiabilité des données RADAR..........................................................................................241.3.2 Fiabilité des données hydrométriques............................................................................27

Partie - 2 Modélisation de l’aléa débordement de cours d’eau ........................................................28

2.1 Approche pluie-débit à l'échelle du bassin versant................................................................292.1.1 Mise en œuvre de la méthode pluie-débit.....................................................................302.1.2 Mise en œuvre opérationnelle de l'approche pluie-débit..............................................32

2.2 Modélisation de l'aléa débordement .....................................................................................332.2.1 Principe général de la modélisation 1D-2D.....................................................................332.2.2 Modélisation des écoulements de la Lawe et de ses affluents.......................................362.2.3 Prise en compte des interactions avec la nappe.............................................................402.2.4 Le calage du modèle hydraulique...................................................................................40

Partie - 3 Modélisation de l’aléa ruissellement.................................................................................42

3.1 Spécificité du ruissellement et territoire d’étude...................................................................433.2 Transformation pluie-ruissellement .......................................................................................433.3 Modélisation de l'aléa ruissellement......................................................................................44

3.3.1 Modèle 1D/2D.................................................................................................................443.3.2 Aménagements hydrauliques contre le ruissellement...................................................453.3.3 Calage du modèle hydraulique de ruissellement............................................................45

Partie - 4 Exploitation des résultats et rendu cartographique..........................................................46

4.1 Définition des aléas.................................................................................................................474.2 Méthodologie d’élaboration des cartes..................................................................................49

4.2.1 Création des contours de hauteurs et vitesses...............................................................494.2.2 Zones de recouvrement entre aléa débordement de cours d'eau et aléa ruissellement

PPRI de la vallée de la Lawe – DDTM du Pas-de-Calais p.2


...................................................................................................................................................504.2.3 Format des rendus et exemples......................................................................................50



Index des illustrationsFigure 1 : Liste des stations pluviométriques utilisées.......................................................................10

Figure 2 : Localisation des stations pluviométriques sur et à proximité du bassin versant de la Lawe

............................................................................................................................................................11

Figure 3 : Hyétogramme mesuré à la station DREAL de Bruay-la-Buissière en décembre 1999 (pas

de temps journalier)...........................................................................................................................15

Figure 4 : Hyétogramme mesuré à la station DREAL de Bruay-la-Buissière à l’été 2000 (pas de temps

journalier)...........................................................................................................................................16

Figure 5 : Comparaison ente les données du radar ANTILOPE et des pluviomètres terrestres (03/12)

............................................................................................................................................................24


............................................................................................................................................................25


............................................................................................................................................................26

Figure 8 : Représentation schématique de l'hydrogramme unitaire..................................................32

Figure 9 : Principe de construction du modèle hydraulique 1D/2D...................................................35

Figure 10 : Fonctionnement global de la transformation pluie-ruissellement..................................44

Figure 11 : Possibilités de déplacement des personnes en fonction de la hauteur d'eau et de la

vitesse d'écoulement (Source : DDT Vaucluse)..................................................................................48

Figure 12 : Grille d'aléa envisagée pour la caractérisation de l’aléa..................................................49

Index des tablesTableau 1 : Statistiques des cumuls journaliers aux stations de Aire-sur-la-Lys, Bruay-la-Buissière,

Ourton et Le Doulieu (source Annuaire 2015 DREAL Hauts-de-France)............................................11

Tableau 2 : Étapes de construction du maillage de calcul 2D.............................................................38



Préambule



L'objectif du présent livrable est double. Il s’agit d’une part de faire l’analyse hydrologique dusecteur d’étude et, d’autre part, de définir la méthodologie qui sera mise en place au cours de laphase 2 de la procédure PPRi du bassin versant de la Lawe pour caractériser l’aléa de référence.

Le présent document se décompose ainsi en quatre parties :

• la première partie est consacrée à l’analyse hydrologique dont le but est de définir lesrégimes des pluies et des crues sur le territoire d’étude ;

• la seconde partie s’attache à la description de la méthodologie envisagée pour modéliserles écoulements sur le bassin versant de la Lawe dans le cas du débordement de coursd’eau. Seront alors détaillés le modèle hydrologique envisagé ainsi que les principes deconstruction du modèle hydraulique de représentation des lits mineur et majeur ;

• la troisième partie quant à elle présente la méthodologie envisagée pour la modélisationdu ruissellement sur le territoire d’étude ;

• enfin, le dernier chapitre est consacré à l'exploitation et aux méthodes de restitutioncartographique des résultats des modélisations. La grille d’aléa, permettant de définir leniveau d’aléa en fonction du croisement entre hauteurs d’eau et vitesses maximales,envisagée y est alors présentée.



Partie - 1 Analyse hydrologique



L'objectif principal de l'analyse hydrologique est d'étudier le régime hydrométrique etpluviométrique du bassin versant de la vallée de la Lawe afin d'identifier un ou deux événementsde référence qui seront retenus pour caractériser les inondations par débordement de cours d'eauet par ruissellement.

Cet ou ces événements de référence devront être a minima centennaux. Un événement depériode de retour centennale est un événement qui a une chance sur 100 de se produire chaqueannée. Il s'agit d'un événement qui se déroule en moyenne tous les 100 ans : en moyenneseulement, car la probabilité réelle d'observer un événement centennal sur une période de100 ans est de 2/3. Il s'agit donc d'une crue ou d'une pluie d'une telle ampleur qu'elles sont trèsrarement voire jamais observées à l'échelle d'une vie humaine. Deux cas de figure peuvent dès lorsse produire :

• l'analyse historique conduite en phase 1 a permis de retrouver la trace d'un épisodepluvieux bien documenté(e) dont la période de retour estimée est centennale ousupérieure : dans ce cas-là, cette pluie pourra être retenue comme événement deréférence ;

• aucun épisode historique n'est compatible avec les critères d'un événement de référence etdans ce cas-là, une pluie de projet centennale sera construite sur la base des statistiquespluviométriques locales.

Cette analyse hydrologique permettra également de définir une méthodologie adaptée pour lecalcul des apports qui seront ensuite appliqués au modèle hydraulique.

1.1 Données disponibles

Les données nécessaires à l’analyse du comportement hydrologique du bassin versant de la valléede la Lawe et à la détermination des événements de référence sont de trois ordres :

• des données pluviométriques, collectées auprès de la DREAL Hauts-de-France, de Météo-France, et de VEOLIA sur les postes pluviométriques du bassin versant et aux alentours ;

• des données RADAR (ANTILOPE et PANTHERE), collectées auprès de Météo-France par lebiais d’une convention DREAL/Météo France, consistant en des lames d'eau d’événementspluvieux importants sur l'ensemble du territoire d'étude ;

• des données SHYREG (quantiles de pluie pour différentes périodes de retour) auprès de l'IRSTEA ;

• des données hydrométriques et limnimétriques collectées auprès de la banque hydro, duSYMSAGEL et de VNF.



1.1.1 Données pluviométriques

1.1.1.1 Les stations pluviométriques terrestres

Les données récupérées lors de la phase 1 sont les suivantes :

Maître d’ouvrage Localisation station Type de données Période des données

DREAL Hauts-de-France

Aire Journalières Août 2001 à août 2016

Horaires 1er mai au 1er juillet 2016

Bruay-la-Buissière Journalières Février 2003 à août 2016

Horaires 1er mai au 1er juillet 20161er au 30 décembre 1999

Doulieu Journalières Novembre 1998 à août 2016

Horaires 1er mai au 1er juillet 20161er au 30 décembre 1999

Ourton Journalières Janvier 2007 à août 2016

Horaires 1er mai au 1er juillet 2016

Météo France Aubigny Journalières 1er décembre 2011 au 3 mars 20121er mars 2016 au 6 juin 2016

Fiefs Journalières 1er décembre 2011 au 3 mars 20121er mars 2016 au 6 juin 2016

Lens Journalières 1er décembre 2011 au 3 mars 20121er mars 2016 au 6 juin 2016

Bajus Journalières 1er mars 2016 au 6 juin 2016

Lillers Journalières 1er décembre 2011 au 3 mars 20121er mars 2016 au 6 juin 2016

Horaires 3 mars 2012 minuit au 9 mars 2012midi30 mai 2016 minuit au 1er juin 2016minuit7 juin 2016 10h au 8 juin 2016 10h

Infra-horaires 7 juin 2016 10h au 8 juin 2016 10h

Arras Journalières 1er décembre 2011 au 3 mars 20121er mars 2016 au 6 juin 2016



Maître d’ouvrage Localisation station Type de données Période des données

Horaires 3 mars 2012 minuit au 9 mars 2012midi30 mai 2016 minuit au 1er juin 2016minuit7 juin 2016 10h au 8 juin 2016 10h

Infra-horaires 7 juin 2016 10h au 8 juin 2016 10h

VEOLIA Cauchy Journalières Mars 2012

Infra-horaires Mai et juin 2016

Béthune Journalières Mars 2012

Infra-horaires Mai et juin 2016

Auchy Journalières Mars 2012

Verquigneul Infra-horaires Mai et juin 2016

Divion Infra-horaires Mai et juin 2016

Bruay-la-Buissière Infra-horaires Mai et juin 2016

Lapugnoy Infra-horaires Mai et juin 2016

Noeux-lès-Mines Infra-horaires Mai et juin 2016

Figure 1 : Liste des stations pluviométriques utilisées



Les statistiques des précipitations des stations Météo-France ont été demandées au pas de temps15min, 30min, 1h, 2h, 6h, 12h, 1j, 2j.

D'après l'annuaire de l'année 2015 de la DREAL Hauts-de-France, les statistiques des cumulsjournaliers pour les stations de Aire-sur-la-Lys, Bruay-la-Buissière, Ourton et Le Doulieu sont lessuivantes :

Tableau 1 : Statistiques des cumuls journaliers aux stations de Aire-sur-la-Lys, Bruay-la-Buissière,Ourton et Le Doulieu (source Annuaire 2015 DREAL Hauts-de-France)


Figure 2 : Localisation des stations pluviométriques sur et à proximité du bassin versant de la Lawe


1.1.1.2 Les données RADAR

Deux formats d'image RADAR (Météo-France) peuvent être mobilisés afin de reconstituer lesprofils temporel et spatial des pluies :

• les lames d'eau ANTILOPE, disponibles depuis mai 2005, produites à partir d'un recalagedes mesures radar brutes sur la base des pluviomètres terrestres avec un fichier par pixel(1 km²) et par pas de temps horaire ;

• les lames d'eau PANTHERE, disponibles depuis mai 2005, basées uniquement sur lesmesures radar brutes avec un fichier par pixel et au pas de temps 5 min.

Les lames d’eau ANTILOPE ont été récupérées sur les périodes suivantes :

• du 3 mars 2012 minuit au 9 mars 2012 midi ;

• du 30 mai 2016 minuit au 1er juin 2016 minuit ;

• du 7 juin 2016 10h au 8 juin 2016 10h.

Dans la mesure où les données radar vont être exploitées pour modéliser des épisodes de fortsruissellements, associés en majorité à des épisodes pluvieux très courts et très intenses, il estnécessaire de disposer également des lames d'eau PANTHERE au pas de temps 5 min au formatgrib. La DREAL n’a pu nous fournir que les données PANTHERE au format TXT, non exploitable enl’état.

Les données radar PANTHERE au format grib pourraient être collectées auprès de Méteo-Francesur une emprise couvrant l'ensemble du territoire d'étude sur la période du 7 juin 2016 10h au 8juin 2016 10h. Toutefois, compte tenu des écarts importants constatés entre les données radarANTILOPE, corrigées, et les pluviomètres terrestres, la pertinence de l’acquisition des donnéesPANTHERE sera discutée avec le comité technique.

1.1.1.3 Les données SHYREG

La base de données SHYREG (quantiles de pluie pour différentes périodes de retour) mise en placepar l’IRSTEA pourra être exploitée si besoin pour estimer l’abattement des pluies sur le bassinversant.



1.1.2 Données hydrométriques et limnimétriques

Il existe trois stations hydrométriques sur le bassin versant de la Lawe :

• à Houdain, pour laquelle des données de débits et hauteurs sont disponibles à partir de2010 ;

• à Bruay-la-Buissière. Le CEREMA travaille actuellement à recalculer la courbe de tarage dela station. Il nous transmettra au cours de la phase 2 la chronique de mesures de hauteursde la station ainsi que les différents jaugeages existants ;

• à Béthune, où les données de débits et hauteurs sont disponibles à partir de 2009.

Le SYMSAGEL a également transmis des données de hauteurs et débits au niveau du barrage de LaGorgue, à l’exutoire du bassin versant de la Lawe, en précisant toutefois que ces donnéespouvaient manquer de fiabilité.

Des limnigrammes dans la Lys et le canal d’Aire ont également été transmis par VNF.

1.2 Analyse des événements historiques

1.2.1 Événements retenus pour le calage des modèles hydrauliques

Les différentes informations récoltées lors de la phase historique ont permis de déterminer lesévénements historiques qui seront modélisés dans le cadre du calage des modèles débordementde cours d’eau et ruissellement.

Afin d’envisager un calage correct des modèles, il est nécessaire d’avoir une quantitéd’informations historiques (témoignages, repères de crue) et/ou quantitatives (mesures de débit)suffisantes pour pouvoir caractériser les écoulements sur le bassin versant sur la totalité duterritoire.

Vu les différentes informations collectées au cours de cette phase, il apparaît évident que lesévénements de mai et juin 2016 seront retenus pour le calage du modèle de débordement.L’événement de juin 2016 sera également modélisé dans le cadre du calage du modèleruissellement. Le calage de ces événements permettra de s’assurer que les modèles représententde manière satisfaisante les écoulements et inondations sur le territoire.

L’événement de crue de mars 2012 a également été retenu pour le calage du modèle débordementde cours d’eau car il s’agit d’une crue importante de la Lawe, n’ayant toutefois pas engendré dedébordements majeurs a priori, qui permettra de caler les apports hydrologiques du modèle (leshydrogrammes aux trois stations hydrométriques sur le bassin versant étant disponibles).

La modélisation de ces événements sera toutefois conditionnée par la fiabilité des donnéespluviométriques et hydrométriques disponibles pour ceux-ci.



1.2.2 Analyse des principaux événements et principauxenseignements hydrologiques

L’analyse de différents épisodes d’inondation sur le bassin versant permet de définir lescaractéristiques des pluies qui provoquent des débordements de la Lawe et ses affluents et desphénomènes de ruissellement sur le bassin versant.

Les événements suivants seront analysés du point de vue du contexte pluviométrique (cumuls del'événement, conditions antécédentes, ...) et du contexte hydrométrique / limnimétrique (débitsdans les cours d’eau) sur la base des données ayant pu être collectées :

• décembre 1999 ;

• été 2000 ;

• mars 2012 ;

• mai 2016 ;

• juin 2016.

Décembre 19991

La crue de décembre 1999 a eu lieu le 26 décembre 1999. L’événement a été bref à l’amont et aduré plusieurs jours à l’aval du bassin versant.

Le mois de novembre et le début du mois de décembre 1999 sont très arrosés sur la partie amontdu bassin versant, les sols sont alors saturés en eau et ne peuvent pas absorber les importantesprécipitations de fin décembre. En revanche, à l’aval du bassin versant les pluies avant l’épisode defin décembre n’ont pas été aussi importantes qu’à l’amont.

Sur les deux stations pluviométriques DREAL présentes sur la zone d’étude à cette époque, seulesles données de celle de Bruay-la-Buissière étaient disponibles (celles de la station de Ourton sontindisponibles sur la période de juillet 1999 à janvier 2000). Les données enregistrées témoignentalors de deux pics d’intensité : le premier au 11 décembre (26,3 mm en 24 heures), le deuxième les24, 25 et 26 décembre (avec un total cumulé de 95,2 mm en 3 jours). C’est ce deuxième pic deprécipitation (de période de retour d’environ 30 ans sur 3 jours) qui a provoqué la crue de la Laweet de ses affluents à partir du 26 décembre 1999.

1 Informations issues de l’étude SOGREAH de 1998



Été 2000

Trois événements orageux importants ont touché le bassin versant de la Lawe le 3 juin 2000, le 4juillet 2000 et le 8 août 2000. Les dégâts n’ont été occasionnés que par des ruissellements, desremontées de nappe et des saturations de réseau. Il n’y a pas eu de débordements des principauxcours d’eau.

Les sols ne sont pas particulièrement saturés avant ces événements, en revanche les quantitésd’eau tombées lors de ces orages ont été très importantes.

Les deux stations de Ourton et de Bruay-la-Buissière présentaient respectivement 2 et 3 pics depluviométrie isolés : le 1er pic a eu lieu le 3 juin 2000 (22,8 mm pour Ourton et 22,6 mm pourBruay-la-Buissière en 24 heures), le 2ème pic le 4 juillet (28 mm pour Ourton et 28,7 mm pourBruay-la-Buissière en 24 heures) et le 3ème pic le 8 août (54,9 mm en 24 heures pour Bruay-la-Buissière, période de retour décennale journalière).


Figure 3 : Hyétogramme mesuré à la station DREAL de Bruay-la-Buissière en décembre 1999 (pas de temps journalier)


Les périodes de retour étaient difficiles à estimer dans la mesure où ces orages se sont dérouléssur des temps courts. Cependant, les témoignages des riverains et élus rencontrés à cette occasionindiquaient que ces orages se sont déroulés sur des temps de l’ordre de quelques heures.L’hypothèse que tous ces orages, sur les deux stations considérées, ont une période de retour aumoins égale à 10 ans a alors été émise.


Figure 4 : Hyétogramme mesuré à la station DREAL de Bruay-la-Buissière à l’été 2000 (pas de temps journalier)

4 mars 2012

Début de l’événement : 4 mars 2012

Contexte pluviométrique Contexte hydrométrique

Les mois précédant l’événement sont particulièrement arrosés, notamment sur la partie amont du bassin versant : les moyennesinter annuelles de la DREAL donnent un cumul pour les mois de décembre, janvier et février de 161,8 mm pour la station de Doulieuet de 240,7 mm pour la station de Ourton ; les cumuls mesurés par la DREAL pour les stations de Doulieu et Ourton sur la période du1er décembre 2011 au 29 février 2012 sont de 181,8 et 345 mm respectivement.

C’est dans ces conditions humides que survient un important épisode pluvieux les 4 et 5 mars 2012. D’après les images RADARMétéo France, cet épisode est généralisé sur l’ensemble du bassin versant, avec des cumuls moyens de l’ordre de 50 mm sur unedurée de presque 48h. Il s’agit en effet d’une pluie longue aux intensités plutôt faibles. Le pluviomètre terrestre d'Ourton enregistreun cumul journalier de 62 mm le 5 mars, soit une période de retour d’un peu moins de 10 ans d’après les statistiques Météo-Franceà la station de Lillers. En revanche, d’après les statistiques sur 48h à la station d’Arras (seules statistiques disponibles pour cettedurée), la période de retour de la pluie à Ourton est de près de 20 ans.

L’événement pluvieux des 4 et 5 mars 2012 induit une crue de la Lawe. Le pic de crueest enregistré à la station de Bruay-la-Buissière à 00h le 6 mars 2012, avec une valeurde débit de 15,2 m³/s. Les statistiques de la Banque Hydro estiment la période deretour de la crue à 10 ans environ.

L’analyse historique n’a pas permis d’identifier d’inondations lors de cet épisode decrue de la Lawe. Il semblerait que la Lawe n’ait alors pas débordé ou alors de manièretrès ponctuelle.

PPRI de la vallée de la Lawe - DDTM du Pas-de-Calais

30 mai 2016

Début de l’événement : 30 mai 2016

Nature du désordre : Débordement de cours d’eau, ruissellement, remontée de nappe Cartographie des communes touchées par l'événement

Nombre d'informations propres à l'événement : 254 Dont repères de crue : 43

D’après les témoignages récoltés, la crue de la Lawe du 31 mai 2016 est la plus importante de ces dernières années, certainstémoignages affirmant même qu’il s’agit de la plus importante « de mémoire d’homme ». Il s’agit en effet d’un événementexceptionnel, de par les nombreuses zones inondées, avec des hauteurs d’eau parfois très importantes, et généralisé. 34 communesdu bassin versant de la Lawe ont fait l’objet d’une reconnaissance d’état de catastrophe naturelle pour cet événement. Un important événement pluvieux s’est abattu sur le bassin versant dans la nuit du 30 au 31 mai 2016, principalement à l’amont. Lesstations pluviométriques de la DREAL ont enregistré des cumuls sur 24h glissantes de 74 mm à Bruay-la-Buissière et 86,5 mm àOurton, soit des périodes de retour respectives légèrement supérieure à 25 ans et comprise entre 25 et 50 ans. En revanche, le cumulsur 24h enregistré à la station de Doulieu (légèrement au nord de La Gorgue, seule station DREAL permettant de caractériser lesprécipitations à l’aval du bassin versant), de 18,5 mm, correspond à celui d’un événement fréquent. Les témoignages récoltésconfirment également la localisation d’un événement pluvieux important sur l’amont du bassin versant : de nombreux phénomènesde ruissellement ont été constatés sur la commune de Divion par exemple et à l’inverse, peu, voire quasiment pas, de problème deruissellement ont été reportés par les communes de l’aval. Ce fort événement pluvieux a donc fait réagir l’ensemble du réseau hydrographique du bassin versant (la Lawe mais aussi la Brette, laBiette ainsi que la Loisne), induisant des débordements extrêmement nombreux sur tout le territoire. Entre autres, les eaux de laLawe ont inondé le cours promenade Kennedy et la rue Ernest Wéry à Bruay-la-Buissière ; plus d’1 m d’eau a été relevé dans descaves à Vieille-Chapelle et certains champs à Fouquières-lès-Béthune ont été noyés sous 50 cm d’eau au moins. De plus, desphénomènes de remontée de nappe ont été constatés sur les communes de Beuvry et Vieille-Chappelle notamment.


Début de l’événement : 30 mai 2016


Les mois et semaines précédant l’événement sont plutôt arrosés sur la partie amont du bassin versant contrairement à l’aval, où lapluviométrie mesurée est dans la moyenne constatée : les moyennes inter annuelles de la DREAL donnent un cumul pour les mois demars, avril et mai de 150,1 mm pour la station de Doulieu et de 190,5 mm pour la station de Ourton ; les cumuls mesurés par laDREAL pour les stations de Doulieu et Ourton sur la période du 1er mars au 29 mai 2016 sont de 156,7 et 226,6 mm respectivement.

C’est dans ces conditions antécédentes pluvieuses normales à humides qu’un événement pluvieux important est survenu en fin dejournée du 30 mai 2016. Les mesures des différentes stations pluviométriques disponibles ainsi que les mesures RADAR témoignentd’un épisode pluvieux généralisé à l’ensemble du bassin versant de la Lawe, avec des cumuls totaux pour l’événement compris entre60 mm à l’aval du bassin versant à 80 mm à l’amont, l’épicentre de la pluie étant localisé sur Ourton/Divion. La période de retour decet événement pluvieux est de l’ordre de 25 ans sur 24h d’après les statistiques de la DREAL et d’environ 40 ans sur 12h d’après lesstatistiques Météo-France de la station de Lillers.

Cet important épisode pluvieux généralisé à l’ensemble du bassin versant induitl’entrée en crue de la Lawe. Le pic de crue est enregistré à la station de Bruay-la-Buissière à 6h le 31 mai 2016, avec une valeur de débit de 24,7 m³/s. Les statistiquesde la Banque Hydro estime la période de retour de la crue à 20 ans , estimationconfirmée par le Service de Prévision des Crues de la DREAL.

On observe un écrêtement de l’hydrogramme à la station de Béthune. Cetécrêtement est certainement dû aux nombreux et importants débordements de laLawe sur tout son linéaire et en particulier au niveau de la commune de Gosnay, oùles eaux se sont accumulées à l’amont du remblai autoroutier.


7 juin 2016

Début de l’événement : 7 juin 2016

Nature du désordre : Ruissellement, débordement de cours d’eau, remontée de nappe Cartographie des communes touchées par l'événement

Nombre d'informations propres à l'événement : 202 Dont repères de crue : 13

Tout juste une semaine après la crue du 31 mai 2016, le territoire de la vallée de la Lawe subissait de nouvelles inondations dues à unnouvel événement pluvieux important. La pluie du 7 juin 2016 est toutefois très différente de celle du 31 mai 2016 : il s’agit d’unépisode orageux intense ayant duré 3h environ (alors que les précipitations du 31 mai se sont étalées sur 24h). Le site internetkeraunos.org, consacré aux phénomènes météorologiques, évoque « des cumuls de 40 à 70 mm en métropole lilloise », soit unepériode de retour supérieure à 50 voire 100 ans (d’après les statistiques de la station Lille-Lesquin). Les images radar disponibles surce site et les informations récoltées auprès des communes laisse envisager que le bassin versant de la Lawe a été touché par deuxfronts orageux distincts, ce que confirme finalement les données RADAR ANTILOPE. En effet, les inondations ont principalementtouché les secteurs nord et sud et dans une bien moindre mesure le secteur centre : la Lawe, dont le niveau était encore haut, a trèslégèrement débordé à Bruay-la-Buissière et n’a pas débordé à Béthune ; de plus, peu de phénomènes de ruissellement ont étéconstatés sur le secteur. En revanche, les précipitations sur le nord du bassin versant ont été telles qu’elles ont engendré une montée des eaux extrêmementrapide de la Lawe amont (le pic de crue a été atteint « en 20 min » à Beugin d'après la commune). La Brette a à nouveau débordé àRebreuve-Ranchicourt et le ruissellement des eaux pluviales était tellement violent dans la rue principale de Bajus qu’il en déplaçaitdes véhicules. Le sud du bassin versant n’a pas été épargné non plus, de nombreuses inondations liées à du ruissellement ont étérelevées à Essars, La Couture ou encore Vieille-Chapelle. La Loisne et les différents courants du Bas Pays, déjà saturés, ont à nouveaudébordé lors de cet événement. Des phénomènes de remontée de nappe ont à nouveau été constatés lors de cet événement.


Début de l’événement : 7 juin 2016


Une semaine après l’important événement pluvieux généralisé sur le bassin versant de la Lawe, le territoire est à nouveau frappé pard’importantes précipitations. Les sols sont alors très humides, du fait des cumuls importants tombés lors de l’événement du 30-31mai 2016.

Alors que l’événement pluvieux du 30 mai 2016 présentait une dynamique plutôt hivernale (cumul important sur une longue période)et était généralisé à l’ensemble du territoire de la Lawe, l’événement pluvieux du 7 juin 2016 présente une dynamique estivale et n’aprincipalement touché que l’amont et l’aval du bassin versant. Il s’agit en effet d’un épisode orageux présentant deux fronts distinctset d’importants cumuls sur une courte période (entre 3 et 4h). La station de Bajus indique un cumul journalier de 61,4 mm, soit unepériode de retour de près de 75 ans d’après les statistiques à la station de Lillers (si on considère que l’événement a duré 3h environet qu’il n’a pas plu le reste de la journée). La station de Ourton ne mesure quant à elle que 9,3 mm sur la journée. La station deVerquigneul, située en limite du front orageux qui est passé à l’aval du bassin versant, indique un cumul de 22,4 mm, soit une périodede retour inférieure à 5 ans d’après les statistiques de Lillers.

Le front orageux ayant touché l’amont du bassin versant a ainsi provoqué unenouvelle crue de la Lawe. Le pic de crue est enregistré à la station de Bruay-la-Buissière à 19h le 7 juin 2016, avec une valeur de débit de 13,4 m³/s. La Lawe a réagitrès rapidement à cet épisode pluvieux, les précipitations ayant a priori débuté auxalentours de 16h le 7 juin 2016. Les statistiques de la Banque Hydro estime lapériode de retour de la crue à 10 ans environ, estimation là encore corroborée par leService de Prévision des Crues de la DREAL.



1.2.3 Sélection des événements de référence

A compléter

1.3 Analyse des données

1.3.1 Fiabilité des données RADAR

Les données radar ANTILOPE ont été comparées à celles des postes pluviométriques disponiblessur ou à proximité du territoire d’étude pour les événements pluvieux de mars 2012, mai et juin2016.





La comparaison des données radar et des données des postes pluviométriques terrestres montrentplusieurs choses :

• les écarts entre les deux sont de l’ordre de 10 % en moyenne pour les événements de mars2012 et mai 2016 qui sont des pluies plutôt homogènes sur l’ensemble du territoire. Si onconsidère qu’il peut exister une légère incertitude sur les données pluviométriquesterrestres, on peut conclure à une bonne concordance entre les données radar etterrestres. Deux remarques peuvent toutefois être émises :

◦ alors que le radar témoigne d’un événement homogène en mars 2012 sur l’ensembledu territoire, avec des cumuls de l’ordre de 50 à 60 mm, le pluviomètre de Ourtonindique un cumul de l’ordre de 80 mm. Des doutes peuvent être émis quant à la fiabilitéde la mesure de ce pluviomètre ;

◦ l’événement de mai 2016 est correctement représenté par le radar, avec des écarts del’ordre de 10 % en moyenne sur le territoire. Il semblerait toutefois que le radar sous-estime l’événement pluvieux ayant impacté le bassin versant de la Loisne amont, lesécarts entre les données radar et les données terrestres étant de l’ordre de 20 % ;



• les écarts entre données radar et terrestres sont nettement plus importants dans le cas del’événement de juin 2016 qui présente deux cellules orageuses distinctes. Les deuxpluviomètres terrestres en bordure de ces cellules orageuses témoignent d’une nette sous-estimation des cumuls de pluie au cœur du front orageux.

Les données radar ANTILOPE, recalées par rapport aux pluviomètres terrestres, montrent unmanque de fiabilité important dans le cas de l’événement de juin 2016. On peut alors émettre defort doute quant à la fiabilité des données radar PANTHERE qui ne bénéficient pas d’un tel recalagepar rapport aux données terrestres. L’acquisition éventuelle de ces données sera discutée encomité technique. A noter de plus que ce manque de fiabilité des données radar, combiné au faitqu’il n’existe pas de données terrestres à un pas de temps fin au cœur des deux cellules orageuses,pourraient compromettre l’exploitation de l’événement de juin 2016 pour le calage du modèlehydraulique de ruissellement.

1.3.2 Fiabilité des données hydrométriques

A compléter



Partie - 2 Modélisation de l’aléa débordement de cours d’eau



Ce chapitre s'attache à décrire les méthodes proposées dans un premier temps pour représenterau mieux le débordement de la Lawe et de ses principaux affluents. Il s’agit bien de méthodesproposées, car les données restant à collecter et les différents tests qui pourront être menésdans le cadre de cette phase seront susceptibles de conduire à une évolution de ces méthodes.

Le logiciel utilisé pour la modélisation de l’aléa débordement de cours d’eau sera le logiciel ICMV7.5. Ce logiciel résout les équations de Barré-de-Saint-Venant en régime transitoire dans leursversions unidimensionnelle et bidimensionnelle.

2.1 Approche pluie-débit à l'échelle du bassin versant

Afin de caractériser les apports hydrologiques contribuant à la génération des crues de la Lawe,l'approche numérique retenue consistera à modéliser la transformation de la pluie en débit àl’échelle du bassin versant.

Cette méthode a été privilégiée du fait de l’insuffisance des chroniques de donnéeshydrométriques sur les stations du bassin versant de la Lawe pour réaliser des statistiques fiableset suffisamment représentatives.

L’approche pluie-débit présente une plus-value importante à plusieurs titres par rapport à laméthode probabiliste (lois statistiques), qui exploite les mesures hydrométriques :

• elle permet de représenter les hétéorogénéités et variations de l’occupation des sols àl’échelle du bassin versant ;

• elle permet d’estimer la réponse de chaque sous bassin versant à la pluie ;

• elle permet de rendre compte des décalages entre les différentes contributions du bassinversant, et par conséquent des mécanismes de propagation des crues au sein du réseauhydrographique principal.

Cependant l’approche pluie-débit seule ne permet pas de qualifier l’occurrence des crues simulées,une pluie d’occurrence donnée ne conduit pas à une crue de même occurrence. Comme nousl’avons fait par exemple dans l’étude hydrologique et hydraulique sur les rivières du Boulonnais,l'analyse statistique permettra de définir des débits de crue servant de points de comparaison etd'ajustement. Les trois stations de la station de la Banque Hydro possèdent des chroniques dedonnées courtes. Le CEREMA travaille actuellement sur la courbe de tarage de la station de Bruay-la-Buissière, et pourra nous transmettre des données plus anciennes, non disponibles sur laBanque Hydro. Selon la chronique de débits récupérée, une analyse statistique pourra être faite àcette station. De plus , le bassin versant voisin de la Clarence, au comportement similaire à celuide la Lawe, possède la station de Robecq, avec une chronique de données plus longue que sur laLawe. Les résultats hydrologiques du PPRI de la Clarence, en cours de réalisation, pourront aussiservir d'éléments de comparaison.

La mise en œuvre de cette méthode permettra d'exploiter les données pluviométriques etd'utiliser les caractéristiques topographiques et surfaciques locales pour générer leshydrogrammes de chaque sous-bassins versants.



Ce modèle pluie-débit (ou modèle hydrologique) est intégré au modèle hydraulique, présenté auparagraphe suivant, qui permet quant à lui d’estimer les niveaux au sein du réseau hydrographiquemodélisé et de cartographier les débordements, et donc l’aléa, induits par les apportshydrologiques.

2.1.1 Mise en œuvre de la méthode pluie-débit

2.1.1.1 Les principes théoriques de l’approche

Globalement, la modélisation hydrologique de type pluie-débit permet de passer d'unhyétogramme représentant la pluie tombant sur un sous-bassin versant à un hydrogrammereprésentant le débit restitué par ce sous-bassin versant. Elle permettra donc d’estimer les débitsd’apport des différents sous-bassins versants du territoire d’étude vers la Lawe et ses principauxaffluents.

Classiquement, un modèle hydrologique se base sur 3 composantes principales :

• une pluie réelle observée ou une pluie de projet qui est une représentation simplifiée duphénomène pluvieux à l'origine de la formation de la crue ;

• une fonction de production, qui permet de modéliser le passage de la pluie brute à la pluienette en évaluant les pertes (par infiltration notamment) ;

• une fonction de transfert, qui permet de modéliser le passage de la pluie nette àl’hydrogramme de crue à l’exutoire de chaque sous-bassin versant.

Les fonctions de production et de transfert dépendent de plusieurs paramètres en fonction dumodèle choisi, comme par exemple l’occupation du sol, la perméabilité du sol dans le bassinversant, l’état de saturation du sol avant l’événement pluvieux, etc.

2.1.1.2 Découpage du territoire en sous-bassins versants

La première étape dans la mise en œuvre de la méthode pluie-débit est de découper le territoireétudié en sous-bassins versants. L'objectif du découpage en sous-bassins est de représenterfinement la contribution intrinsèque de chaque bassin de drainage tout au long du linéaire de laLawe et de ses affluents. Ainsi, le bassin versant de la Lawe sera découpé en différents sous-bassins versants d’apport sur la base du réseau hydrographique structurant, de la topographie eten fixant un critère de superficie optimal à respecter pour ces zones d’apports afin de caractériserau mieux la contribution de chacune d’elles.

2.1.1.3 Choix de la fonction de production

La fonction de production du modèle hydrologique permet d’obtenir, à partir de la pluie brutetombant sur le territoire, la pluie nette qui va contribuer réellement à la génération de la crue.Ainsi, la fonction de production associée à un territoire ou une partie du territoire dépendra dutype d’occupation du sol majoritaire sur ce territoire. En raison des caractéristiques du bassin



versant de la Lawe (occupation du sol principalement rural à l’amont du bassin versant et présencede zones urbaines dans sa partie centrale) deux fonctions de production seront envisagées :

• pour les sous-bassins d'apport ruraux, la fonction de production basée sur le modèle duNRCS (National Ressources Conservation Service, ex-Soil Conservation Service) qui permetde rendre compte des pertes initiales au ruissellement et est particulièrement adaptée auxsurfaces rurales peu imperméabilisées. Les surfaces considérées sont définies par uncoefficient CN (Curve Number) qui est fonction de plusieurs facteurs dont le type etl’occupation du sol, la végétation, les conditions antécédentes d'humidité, la pente et lesaménagements effectués ;

• pour les sous-bassins d'apports urbains, la fonction de production à coefficient deruissellement constant, classiquement utilisée en hydrologie urbaine. Ce coefficient deruissellement constant Cr sera égal à Cp x IMP où IMP est le coefficientd’imperméabilisation du sous-bassin versant considéré (rapport de la surfaceimperméabilisée sur la surface totale) et Cp le coefficient de production. Le coefficient deproduction Cp traduit le fait que l’ensemble des surfaces imperméables ne contribue pas auruissellement (stockage dépressionnaire, pertes continues, etc.).

L’imperméabilisation de chaque sous-bassin versant sera dans un premier temps évaluée à partirde l’occupation des sols. Elle sera alors calculée comme le rapport de la surface imperméabilisée(route, toits, …) sur la surface totale. Les valeurs des coefficients des fonctions de production, CNpour le modèle du NRCS et Cr pour celui du coefficient de ruissellement constant, seront ajustéssur la base du calage des épisodes de crues historiques.

Toutefois, les modèles présentés ci-avant sont des modèles classiquement utilisés dans ce genred’étude. S’il s’avère, lors de la phase de calage du modèle, que ces modèles donnent desrésultats peu concluants, d’autres modèles pourront alors être envisagés.

2.1.1.4 Choix de la fonction de transfert

A chaque fonction de production doit être associée une fonction de transfert, qui va calculerl’hydrogramme généré à l’exutoire du sous-bassin versant à partir de la pluie nette. Deux fonctionsde transfert, classiquement associées aux fonctions de production citées précédemment, serontproposées :

• pour les sous-bassins d'apports ruraux, la fonction de production du NRCS sera associée aumodèle de l'hydrogramme unitaire. Ce modèle se base sur trois paramètres :

◦ le temps de montée au pic (Tp) ;

◦ le temps de base de l'hydrogramme (Tb) ;

◦ le débit de pointe de l'hydrogramme (Qmax).



Figure 8 : Représentation schématique de l'hydrogrammeunitaire

Ces trois paramètres sont définis à partir des caractéristiques géométriques des sous-bassins versants (temps de concentration) ainsi que des caractéristiques propres à la pluie étudiée (notamment la durée de la pluie nette après infiltration).

• pour les sous-bassins d'apports urbains, la fonction de transfert classiquement utilisée enhydrologie urbaine est celle du réservoir linéaire. Cette fonction représente le bassinversant comme un réservoir qui se vidange.

Là encore, s’il s’avère que lors de la phase de calage du modèle, ces modèles ne donnent pas desrésultats concluants, d’autres modèles pourront être envisagés (comme le modèle du doubleréservoir linéaire par exemple).

2.1.2 Mise en œuvre opérationnelle de l'approche pluie-débit

2.1.2.1 Exploitation des données pluviométriques

Comme expliqué précédemment, la méthode pluie-débit se basera avant tout sur une exploitationdes données pluviométriques sous toutes les formes disponibles localement au droit du bassinversant.

L'utilisation d'un modèle de transformation pluie-débit sous-entend un calage de ce dernier sur labase de pluies réelles. L'analyse historique a permis de mettre en évidence des événements passésqui pourront être modélisés pour le calage du modèle.

L’exploitation des données RADAR permettra de reconstituer de manière très fine la dynamiquespatio-temporelle des pluies et notamment le déplacement de l'onde orageuse.

2.1.2.2 Génération des hydrogrammes

Le processus hydrologique décrit précédemment, à savoir le passage, grâce à la fonction deproduction, d'une pluie brute à une pluie nette elle-même transformée en lame d'eau d'eauruisselée par le biais de la fonction de transfert, aboutira finalement au calcul d'un hydrogramme à



l'exutoire de chaque sous-bassin versant.

Les hydrogrammes ainsi calculés seront alors injectés en différents points du modèle hydrauliquede représentation des écoulements dans la Lawe et ses affluents.

C'est alors la structure du modèle hydraulique et les paramètres de rugosité des sols et du lit descours d'eau qui conditionneront la transmission des débits vers l'aval.

2.2 Modélisation de l'aléa débordement

Le débordement de cours d’eau sera modélisé sur l’ensemble du linéaire de la Lawe et ses affluentsainsi que sur la Loisne amont. La configuration du territoire d’étude est telle qu’il sera possible dele découper en trois modèles :

• un modèle « Lawe amont » qui modélisera la Lawe et ses affluents sur la partie amont etcentrale du bassin versant jusqu’au canal d’Aire. La modélisation proposée sera unemodélisation 1D/2D, présentée dans le paragraphe ci-après ;

• un modèle « Lawe aval » qui modélisera la partie aval du bassin versant située après lecanal d’Aire. Du fait de la configuration particulière de ce secteur, pentes quasi-nulles etprésence de nombreux courants et canaux, la modélisation proposée sera unemodélisation 2D intégrale ;

• un modèle « Loisne amont » qui modélisera en 1D/2D la Loisne amont jusqu’à sa remontéedans le canal de Beuvry.

2.2.1 Principe général de la modélisation 1D-2D

L'approche retenue pour représenter au mieux l'aléa débordement sur l'ensemble du linéaire de laLawe et de ses affluents principaux se base sur une modélisation dite couplée entre un modèle 1D,représentant le lit mineur, et 2D, représentant le lit majeur :

• la Lawe et les affluents principaux seront représentés selon une approcheunidimensionnelle qui fait l'hypothèse d'un écoulement majoritairement perpendiculaire àla section du cours d'eau dans les biefs et d'une vitesse d'écoulement moyennée sur cettesection. Ces biefs sont ainsi représentés sous la forme d'une succession de profils en traversde cours d'eau, issus de levés topographiques précis. Tous les types d'ouvrages impactant laligne d'eau et les écoulements en lit mineur pourront être intégrés dans la schématisationunidimensionnelle ;

• le lit majeur sera quant à lui représenté par un schéma dit bidimensionnel sauf sur lessecteurs sans enjeux (modélisation 1D étendu dans ce cas-là). Pour rappel, dans le casd’un schéma bidimensionnel aucune hypothèse concernant les directions prises parl'écoulement ou les phénomènes d'inondation prédominants n'est effectuée, à l'inversedes approches unidimensionnelles. Les surfaces inondables seront donc représentées parun ensemble de mailles de calcul triangulaires, dont la taille est adaptée localement à



l'échelle géographique des éléments venant perturber les écoulements.

• les ouvrages (fixes, mobiles) ou obstacles ayant une influence significative sur la ligned’eau et pouvant perturber de manière importante les écoulements, au sein du lit mineur(ponts, seuils) ou dans le lit majeur (bassins de rétention, buses), seront intégrés à lamodélisation ;

• la connexion entre ces espaces 1D et 2D s’effectue au droit des hauts de berge, points detransition naturelle entre ces deux fonctionnements distincts : écoulements au sein du litmineur d'une part et propagation des eaux débordées dans le lit majeur d’autre part. Cetteconnexion s'effectuera à chaque pas de temps de calcul et est représentée par une loi desurverse prenant en compte la cote des hauts de berge comme niveau de débordement.




Figure 9 : Principe de construction du modèle hydraulique 1D/2D


2.2.2 Modélisation des écoulements de la Lawe et de ses affluents

2.2.2.1 Modélisation 1D / 2D des écoulements

Représentation du lit mineur

Le lit mineur de la Lawe et de l'ensemble des affluents principaux seront donc représentés par unesuccession de profils en travers, pour lesquels des levés géomètres précis ont été réalisés ou sonten cours de réalisation.

Ces levés complémentaires (319 profils en travers et 262 ouvrages dont 5 profils de digue) ont étédéfinis dans le livrable L4b de la phase 1 et concernent la Lawe et ses affluents, cités d'amont enaval ci-dessous :

• le Bajuel ;

• la Brette et les ruisseaux de Caucourt et d’Hermin ;

• la Biette ;

• le Turbeauté ;

• la Loisne amont.

En termes d’ouvrages particuliers, il est envisagé de prendre en compte dans le modèle lesouvrages suivants :

• les relèvements par pompage des courants de la Goutte et des Wattines ;

• les ZEC du fossé d’Avesnes. La doctrine PPR stipule toutefois que des ouvrages de typemerlon ne doivent être considérés dans le calcul de l’aléa que s’ils ont effectivement étédimensionnés pour résister à un événement centennal. Les différentes ZEC du fosséd’Avesnes étant constituées de merlon, leur prise en compte ou non dans le modèle PPRdevra être discutée et validée en Comité Technique (COTEC) ;

• le réseau EP particulier d’Annezin. La phase historique a mis en évidence que ledébordement de la Lawe au niveau du pont des Dames induisait une inondation du centre-ville d’Annezin par remontée des eaux débordées de la Lawe via le réseau. Il paraît doncopportun d’intégrer ce réseau particulier dans le cadre de la modélisation de l’aléadébordement de cours d’eau. Cette intégration sera toutefois conditionnée par la qualité etla fiabilité des données qui pourront être récupérées concernant ce réseau (tracé duréseau, dimensions des conduites, cote fil d’eau...) ;

• le relevage vers la Lawe des eaux de ruissellement à Bruay-la-Buissière ;

• la vis d’Archimède remontant les eaux de la Loisne amont dans le canal de Beuvry ;

• le barrage de La Gorgue.

L’intégration de ces différents ouvrages sera toutefois discutée en COTEC à la lumière de ladoctrine PPR.



Modélisation des débordements en lit majeur

Le lit majeur des cours d’eau sera représenté selon la morphologie du cours d'eau :

• dans le cas où le lit mineur est encaissé, l'hypothèse d’un écoulement unidimensionnel,donc perpendiculaire aux sections des cours d'eau, reste valide. Les profils en travers dumodèle 1D du lit mineur seront alors étendus au lit majeur pour caractériser lesdébordements ;

• en revanche lorsque le lit majeur est plus entendu (zone d'expansion de crue, ou encoreaux abords des confluences), l'écoulement ne pouvant être contraint selon une direction,l'ensemble des débordements seront représentés par un modèle bidimensionnel, basé surun maillage de calcul 2D. Chaque maille est un élément de calcul qui représente latopographie et prend en compte la rugosité du sol. Les différentes données d'entrée,nécessaires à la construction du maillage sont les suivantes :

◦ la topographie, qui caractérise le relief, les pentes et obstacles du modèle ;

◦ l’occupation des sols, qui permet de définir la rugosité des mailles du modèle.

Le module bidimensionnel d'ICM se base sur un système de maillage du territoire pour samodélisation 2D. Chaque maille est un élément de calcul qui représente la topographie et prenden compte la rugosité des sols. La forme du maillage est également influencée par les obstaclesque l'on retrouve sur les versants (remblais, ouvrages, ponts, etc).

La précision du maillage de calcul 2D repose en grande partie sur la finesse du modèle numériquede terrain (MNT) utilisé. Dans le cadre du PPRI de la vallée de la Lawe, le MNT récupéré est le MNTtransmis par le SYMSAGEL. Il s’agit d’un levé LIDAR (aérien) datant de 2009, avec un pas d'espace(taille de cellule carrée) de 50 cm, une précision altimétrique d’environ 10 cm et couvrant latotalité du territoire d’étude.

La méthodologie de construction de ce maillage est décrite pas à pas dans le tableau ci-après :


Étape Objectifs Détail et commentaires Illustrations (tirées du PPRI des pieds decoteaux)

1Prise en compte de l'effet de

freinage/accélération desdifférentes couvertures de sol

Il s'agit ici de sectoriser le périmètre d'étude en différentes zones d'écoulement dont les coefficients de rugosité serontadaptés au type d'occupation des sols. En effet, la dynamique d'écoulement sur une parcelle agricole, dans une zone de forêt

ou sur une voirie est différente, les phénomènes de frottement n'étant pas les mêmes. Ce découpage sera réalisé à partir de labase de données SIGALE et du cadastre et chaque zone se verra affecter un coefficient de Strickler correspondant à sa

couverture de sol majoritaire. Cette méthode permet également de tenir compte de l’effet de blocage induit par le bâti.

2

Adapter le maillage auxvariations topographiques duterrain naturel et identifier les

surverses

Il est nécessaire d'affiner le maillage numérique 2D au droit des zones de variations topographiques importantes pour que leniveau de terrain naturel affecté dans les mailles soit le bon. Ainsi, au niveau d'un remblai, il est nécessaire de tracer les lignes

de forçage en pied de remblai et le long de sa crête afin que la taille des mailles s'adapte et viennent récupérer la bonneinformation altimétrique.

Il faut ensuite identifier les éléments de topographie où peuvent se produire des phénomènes de surverse (remblai ou diguepar exemple) afin d’intégrer dans le modèle un élément spécifique, représentatif de l’ouvrage, auquel sera appliqué une loi de

seuil aux frontières des mailles concernées.

3 Prise en compte des ouvragesde décharge sous remblai

Pour ne pas surestimer les effets de blocage en arrière des remblais (en particulier les voies SNCF ou certains axes routiers),les points de passages ou ouvrages de décharge type trémie seront intégrés dans le modèle.

Tableau 2 : Étapes de construction du maillage de calcul 2D



2.2.2.2 Modélisation 2D des écoulements

Dans le cas de la partie aval du bassin versant de la Lawe, après le canal d’Aire, la modélisationproposée est une modélisation 2D intégrale du territoire.

Pour ce faire, le MNT disponible sur le territoire d’étude sera modifié au droit des lits mineurs desprincipaux cours d’eau et courants, levés par le géomètre. Ces levés ont concerné les cours d’eausuivants :

• la Lawe ;

• le courant de la Goutte ;

• le courant des Wattines ;

• la Loisne aval et la rigole de desséchement ;

• la Vieille Lawe ;

• les courants des Annettes, Drumez, Pichon, des Houssières, Delbecque, du Breucq.

Nous ne disposions pas du plan des principaux courants du Syndicat Intercommunald’Assainissement Agricole et d’Aménagement Hydraulique du Bas Pays de Béthune (SIAAAH) lorsde l’établissement de la liste des courants à lever. Les courants qui pourraient éventuellement êtremanquants seront tracés à partir de ce plan sur le MNT et creusés manuellement si nécessaire.

Le maillage sera ensuite construit selon la méthodologie présentée au paragraphe précédent.

2.2.2.3 Conditions aux limites

Pour les trois modèles proposés, les conditions aux limites amont seront constituées par la pluie,historique et éventuellement théorique dans le cas de la modélisation de l’aléa centennal,appliquée aux modèle. Le modèle de la Lawe aval se verra également appliquer en guise decondition amont les quatre hydrogrammes des débits issus des passages en siphons de la Lawe, ducourant de la Goutte, de la rigole de desséchement et de la Loisne aval.

Les conditions aux limites aval seront constituées par les différents siphons et la vis d’Archimèdepour les modèles de la Lawe amont et Loisne amont respectivement. Un limnigramme de la Lys àl’exutoire de la Lawe sera imposé en guise de conditions aval pour le modèle Lawe aval. Nous nousrapprocherons toutefois du SYMSAGEL afin de faire en sorte que les conditions aux limites aval dumodèle du PPRi soient cohérentes avec les conditions aux limites aval considérées dans le modèledu PAPI de la Lys.



2.2.3 Prise en compte des interactions avec la nappe

L'analyse historique en phase 1 a identifié des zones de sensibilité à la remontée de nappe. Cettesensibilité sera prise en compte, sur toutes ces zones, comme phénomène aggravant dans lamodélisation pluie-débit, avec une condition initiale de saturation des sols élevée, comprise entre75 % et 100 % correspondant au paramètre II ou III caractérisant les conditions pluvieusesantécédentes des CN.

2.2.4 Le calage du modèle hydraulique

Une fois que le modèle hydraulique sera construit, il sera nécessaire de procéder à sa validation enanalysant sa réponse à des événements pluvieux réels ayant touché le bassin versant et en laconfrontant d’une part aux données historiques (repères de crues et témoignages) et quantitatives(mesures de débit et niveaux aux stations hydrométriques disponibles).

On distingue deux types de témoignages historiques :

• les témoignages ponctuels ou surfaciques (voirie ou lotissement inondés) qui localisentgéographiquement le désordre (plus ou moins précisément) sans évaluation de la hauteurde submersion ou sans y adjoindre une photographie qui permettrait de reconstituer cettehauteur ;

• les témoignages quantifiés (là encore avec une fiabilité plus ou moins représentative) quel'on appelle « repères de crue ».

Le calage du modèle hydraulique de débordement se basera donc sur la comparaison entre lesniveaux d'eau simulés par le modèle et les hauteurs reconstituées lors de l'analyse historique(repères de crue) d’une part, et sur les mesures de débits et niveaux disponibles aux stationshydrométriques de Houdain, Bruay-la-Buissière et Béthune.

Les témoignages non quantifiés serviront de validation qualitative et comportementale.

Au vue des données historiques récoltées et des données pluviométriques, hydrométriques etlimnimétriques disponibles, nous proposons de retenir les événements suivants :

• mars 2012 ;

• mai 2016 ;

• juin 2016.

Les événements de 2016, et en particulier celui de mai, ont fait l’objet de nombreux levés sur leterrain en temps réel et de nombreux témoignages récoltés lors des entretiens avec les communesréalisés fin juin 2016. Ces différentes informations ont permis de constituer une importante basede témoignages et repères de crue qui sera donc exploitées pour le calage du modèle hydraulique.

Une fois calé et validé, le modèle pourra être exploité pour simuler l'aléa de référence.



Partie - 3 Modélisation de l’aléa ruissellement



Là encore, le logiciel utilisé pour la modélisation de l’aléa ruissellement sera le logiciel ICM V7.5. Celogiciel résout les équations de Barré-de-Saint-Venant en régime transitoire dans leurs versionsunidimensionnelle et bidimensionnelle.

3.1 Spécificité du ruissellement et territoire d’étude

Alors que le but du calcul de l'aléa débordement de cours d'eau est de caractériser les zonesinondables du fait du débordement de la Lawe et de ses affluents, le but du calcul de l'aléaruissellement est de mettre en évidence les axes d'écoulement et les zones de stockage principaleshors réseau hydrographique principal. Il est donc important de rappeler ici la spécificité desphénomènes de ruissellement, qui se forment par concentration des eaux de pluie tombant surdes surfaces plus ou moins perméables et évoluent en fonction de la topographie pour former deszones d'écoulement, présentant des vitesses importantes, ou au contraire des zonesd'accumulation dans les points bas topographiques.

Ces phénomènes de ruissellement peuvent se produire en tout point d'un bassin versant et sontdifficilement quantifiables, à l'opposé par exemple de la crue d'un cours d'eau, dont le débit peutêtre mesuré en un point précis du bassin-versant, à l'exutoire d'une zone de collecte.

La modélisation de l’aléa ruissellement sera réalisée sur le bassin versant de la Lawe à l’amontdu canal d’Aire. Le territoire de la Lawe aval n’est en effet pas soumis au risque ruissellement dufait l’absence de relief.

3.2 Transformation pluie-ruissellement

Tout comme pour la caractérisation de l’aléa débordement, la première étape dans lacaractérisation de l'aléa inondation par phénomènes de ruissellement est de représenterfidèlement la transformation de la pluie tombée (pluie brute) en volume d'eau qui va ruisseler etdonc contribuer aux inondations. Le but de cette transformation de la pluie en ruissellement estdonc d’évaluer correctement les pertes, c'est à dire le volume d'eau qui ne participera pas auruissellement.

L’approche retenue dans le cadre de la modélisation du débordement pour caractériser les apportshydrologiques est une transformation de la pluie en débit à l’échelle de chaque sous-bassin versantdu territoire. L’approche proposée pour la modélisation du ruissellement consiste quant à elle àappliquer la pluie directement sur un maillage de calcul bi-dimensionnel.

La méthodologie mise en œuvre pour cette transformation est décrite dans la section suivante.

Le schéma ci dessous synthétise les grands principes de la méthodologie proposée (transformationpluie-ruissellement) :



Figure 10 : Fonctionnement global de la transformation pluie-ruissellement

Le modèle de transformation pluie-ruissellement retenu consiste à transformer la pluie brute enpluie nette par le biais du modèle NRCS dont les paramètres auront été calés au cours du calagehydrologique du modèle débordement. La pluie nette, appliquée directement sur le maillage 2D,sera majorée afin de tenir compte des pertes au ruissellement retenues au niveau des différentspoints bas du maillage (cuvette…) et qui ne contribuent donc pas aux apports hydrologiques descours d’eau.

3.3 Modélisation de l'aléa ruissellement

3.3.1 Modèle 1D/2D

Le modèle hydraulique construit sera un modèle bidimensionnel (2D) couvrant le bassin versant dela vallée de la Lawe à l’amont du canal d’Aire.

Le modèle construit pour le calcul de l’aléa débordement sera alors ré-exploité pour laproblématique russellement en étendant le maillage de calcul bidimensionnel afin qu’il couvrel’intégralité du territoire (et pas seulement le lit majeur des cours d’eau).

Le maillage bidimensionnel étendu sera alors construit de la même manière que celui construitdans le cadre de l’aléa débordement et présenté au § .



3.3.2 Aménagements hydrauliques contre le ruissellement

Les bassins de rétention des eaux pluviales les plus importants et pour lesquels des donnéespourront être obtenues auprès des gestionnaires seront intégrés au modèle ruissellement.Peuvent d’ores et déjà être cités les bassins de la D301 à Maisnil-lès-Ruitz, identifiés lors de laphase historique.

3.3.3 Calage du modèle hydraulique de ruissellement

Une fois le modèle ruissellement construit, il faut, comme pour le modèle débordement, le valider,c’est-à-dire vérifier sa capacité à reproduire correctement les écoulements sur le bassin versant dela Lawe. La validation du modèle hydraulique de ruissellement repose sur une vérification de lacohérence globale de son fonctionnement et notamment de sa faculté à reproduire les zoneshistoriquement inondées, sur la base des témoignages passés. Il s'agit donc principalement d'unevalidation qualitative et comportementale qui ne peut que très rarement être quantitative dans lecas du ruissellement. En effet, même si la reconstitution de repères de crue est possible pour desévénements de type ruissellement, les mesures de débits dans des axes principaux d’écoulementsont quant à elle très rares voire inexistantes pour de tels phénomènes.

La méthodologie globale de validation du modèle repose sur deux étapes successives :

• une analyse de la corrélation géographique entre les témoignages d'inondation et lesrésultats du modèle. Concrètement, il s'agit d'évaluer le nombre de témoignages(ponctuels ou linéaires) qui est bien touché par les eaux dans les résultats de simulation ;

• dans un second temps, il est vérifié au niveau des repères d'inondation réputés fiables ouutilisables que le niveau d'eau moyen simulé à proximité de ces repères est cohérent avecle niveau d'eau historique.

Le modèle hydraulique de ruissellement sera calé à partir des informations récoltées pour lesévénements historiques de mai et juin 2016, à condition que des données pluviométriques fiables,nécessaires à la modélisation, soient disponibles pour ces événements .

En fonction des résultats obtenus à l’issue de la modélisation de l’aléa centennal ruissellement,le choix sera fait, en concertation avec les membres du Comité Technique, d’intégrer cet aléa à laprocédure PPR ou de réaliser un Porter à Connaissance indépendant de la procédure PPR.



Partie - 4 Exploitation des résultats et rendu cartographique



4.1 Définition des aléas

La modélisation des événements de référence, débordement de cours d'eau et ruissellement,permet d'accéder aux hauteurs de submersion maximales, aux vitesses maximales d'écoulementainsi qu’aux durées de submersion.

L'aléa de référence repose en premier lieu sur un croisement entre :

• les hauteurs de submersion, divisées en 4 classes :

◦ inférieures à 50 cm, hauteurs d'eau faibles ;

◦ comprises entre 50 cm et 1 m, hauteurs d'eau moyennes ;

◦ comprises entre 1 m et 1,5 m, fortes hauteurs d'eau,

◦ supérieures à 1,5 m, très fortes hauteurs d'eau.

• les vitesses d'écoulements, divisées en 4 classes :

◦ inférieures à 0,2 m/s, faibles vitesses d'écoulement ;

◦ comprises entre 0,2 et 0,5 m/s, vitesses d'écoulement moyennes ;

◦ comprises entre 0,5 et 1m/s, fortes vitesses d'écoulement ;

◦ supérieures à 1 m/s, très fortes vitesses d'écoulement.

C'est bien le croisement entre ces deux paramètres qui conditionne le risque sur une zone donnée.En effet, le même niveau d'aléa peut être induit par de fortes hauteurs d'eau et des vitessesd'écoulements faibles et par de faibles hauteurs d'eau mais des vitesses d'écoulements élevées.

De plus, la durée pendant laquelle une zone est sous les eaux suite à une crue peut constituer unfacteur aggravant en termes de risque et donc de niveau d’aléa. Il est classiquement considéré quedes durées de submersion de moins de 48h n’ont pas d’effet sur le niveau de risque. En revanche,au-delà de 48h, le risque est aggravé. La prise en compte des durées de submersion dans lacaractérisation de l’aléa est la suivante :

• pour des durées de submersion inférieures à 48h, pas d’effet particulier sur l’aléa ;

• pour des durées de submersion comprises entre 48h et une semaine, la classe d’aléaobtenue à partir du croisement hauteur/vitesse est augmentée d’une classe ;

• pour des durées de submersion supérieures à une semaine, la classe d’aléa obtenue àpartir du croisement hauteur/vitesse est augmentée de 2 classes. Par exemple, une zone enaléa faible à l’issue du croisement hauteur/vitesse mais étant en eau pendant 10 jours serafinalement classée en aléa fort.

La figure ci-après illustre l'impact du couplage des paramètres hauteurs/vitesses sur les possibilitésde déplacement des personnes en fonction de leur âge.



La grille d'aléa proposée est une grille d’aléa fonctionnel qui caractérise le risque en termes defonctionnement hydraulique et de phénomènes rencontrés et permet ainsi de caractériser ledébordement de cours d’eau et le ruissellement.

Cette grille d'aléa permet de caractériser le risque inondation en tout point du territoire et de lecartographier. C'est le croisement de ces cartes d'aléas et des cartes d'enjeux PPR qui permettra deconstruire la cartographie du zonage réglementaire.


Figure 11 : Possibilités de déplacement des personnes en fonction de la hauteur d'eau et de la vitessed'écoulement (Source : DDT Vaucluse)

Figure 12 : Grille d'aléa envisagée pour la caractérisation de l’aléa


4.2 Méthodologie d’élaboration des cartes

4.2.1 Création des contours de hauteurs et vitesses

Les résultats bruts extraits d’ICM seront traités à l’aide du logiciel SIG GrassGIS (version 7.2.0) afind’obtenir les couches SIG de classes de hauteurs et de vitesses maximales. Les traitementscartographiques réalisés intègrent à la fois les résultats hydrauliques au niveau des mailles 2D dumodèle mais aussi ceux calculés par le modèle au niveau des profils en travers. Cela permet decartographier l’intégralité de l’emprise inondable.

Un travail de nettoyage et de lissage des couches SIG produites sera réalisé, afin de restreindre lepoids des fichiers géomatiques produits en sortie et de conserver uniquement les informationspertinentes portées par les couches SIG.

En particulier, pour la problématique ruissellement, la pluie est appliquée sur tout le territoire. Entermes de cartographie, cela se manifeste par la création de multiples zones inondées de petitetaille (cuvettes) qui nuisent à la lecture globale de la carte et qui ne représentent pas réellementun risque à l'échelle du territoire. Cette problématique, rencontrée dans le cadre de l'élaborationdu PPRI ruissellement de NO Lille, a conduit à définir plusieurs critères de filtrage des résultats demodélisation :

• un critère de hauteur d'eau minimum pour filtrer les zones non significatives, un seuil de1 cm de hauteur a été retenu ;

• un critère de surface inondée minimum pour filtrer les zones de connexion oud'accumulation de petite taille, isolées et présentant de faibles hauteurs d'eau. Il estproposé ici de filtrer toutes les surfaces inondées de superficie inférieures à 300 m2.

De même, pour le débordement, les petits polygones de surfaces inférieures à 50 m² serontsupprimés pour la cartographie de l’aléa inondation.

Enfin, un lissage des limites de polygones sera réalisé afin de supprimer l’effet de « crénelage » liéà l’interpolation des résultats bruts de modélisation hydraulique.

4.2.2 Zones de recouvrement entre aléa débordement de cours d'eauet aléa ruissellement

Selon les résultats obtenus à l’issue de la modélisation de l’aléa ruissellement, il sera décidé, enconcertation avec le comité technique, d’intégrer l’aléa ruissellement à la procédure PPR ou deréaliser un Porter à Connaissance (PAC) indépendant de la procédure. Si la première solution estretenue, il faudra alors définir une hiérarchie entre les différentes classes d’aléa afin d’identifier lesplus pénalisantes en termes de risque (qui, de la zone d’ « accumulation moyenne » ou de la zoned’ « écoulement », est la plus pénalisante par exemple ?) en cas de recouvrement entre aléadébordement et aléa ruissellement dans certaines zones .



4.2.3 Format des rendus et exemples

Deux formats de rendu sont proposés pour l'ensemble des cartographies produites :

• au 1/5000è, à l'échelle communale, sur fond cadastral. Les communes n'ayant pas toute lamême emprise, le format des cartes sera adapté (A0, A1, A2, A3 ou A4) pour que l'échellede rendu soit respectée ;

• au 1/25000è, à l'échelle du bassin versant, sur fond SCAN 25.

Les cartographies suivantes seront produites (à la fois pour les problématiques débordement decours d'eau et ruissellement sachant que pour les communes impactées par les deuxphénomènes , elles seront représentées sur une seule et même carte) :

• la cartographie des hauteurs de submersion maximales ;

• la cartographie des vitesses maximales d'écoulement ;

• la cartographie de l'aléa de référence classique.

De plus, les synthèses communales (réalisées au cours de la partie 1) seront complétées pour yajouter la cartographie des aléas.


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