inondation et Gestion de la ville par temps de pluieColloque des 15 et 16 Novembre 2001

Urbanisation e t eaux pluvialesJean-Pierre Tabuchi Agence de l'eau Seine-Normandie 51 rue Salvador Allende 92027 Nanterre cedex O 1 41 20 18 45 - tabuchijean-pierre@aesn.fr

L e dveloppement de nos agglomrations produit des modifications importantes des conditions d'coulement des eaux par le changement des caractristiques de ruissellement des sols : des sols naturels ou cultivs se trouvent recouverts de matriaux artificiels impermables, des zones l'urbanisation encore lche subissent un processus de densification. Cet accroissement de l'impermabilisation a de nombreux effets : Elimination de la vgtation qui permet de freiner l'coulement, d'augmenter la surface d'vaporation, de restituer une partie (parfois importante) de l'eau l'atmosphre par vapotranspiration ; Rduction de l'infiltration et donc de la ralimentation des nappes d'eau souterraines ; Augmentation des volumes ruissels puisque l'on a moins d'vaporation et d'infiltration Augmentation des dbits ruissels, l'coulement de l'eau tant moins frein ; Accumulation de polluants. Ces eaux de ruissellement doivent tre vacues et l'on ne trouve pas toujours un exutoire proximit. Aussi on a dvelopp des rseaux d'assainissement pour acheminer ces eaux vers des rus et des rivires. C'est ainsi qu' partir de la fin du 19"' sicle, le concept hyginiste conduit la construction et au dveloppement de rseaux unitaires vacuant vers I'avai des agglomrations les eaux uses et les eaux pluviales. A la fin de la deuxime guerre mondiale, on assiste au dveloppement grande chelle des rseaux sparatifs qui permettent d'assainir les collectivits un cot moindre. Pour les eaux pluviales, la philosophie est l'vacuation rapide de ces eaux. Dans le courant des annes 60 apparaissent les premires manifestations des limites d'une telle dmarche : dans les villes nouvelles de l'agglomration parisienne on s'aperoit que c'est l'vacuation des eaux pluviales qui limite le dveloppement de ces villes, dans le mme temps un nombre grandissant de collectivits sont confrontes des inondations et des insuffisances des rseaux de plus en plus frquentes et importantes. C'est par exemple le cas du dpartement de la Seine-Saint-Denis, du district de Nancy, de l'agglomration bordelaise. C'est aussi cette poque que sont lances les premires grandes tudes sur la pollution urbaine de temps de pluie. On s'aperoit alors que la pollution vhicule par les eaux pluviales peut tre trs importante. 1Agence de l'au Artois-Picardie - Centre Tertiaire de L'Arsenal- 200. rue Marceline - B.P. 818 - 59508 Douai Tel. 03 27 99 90 O0 - fax 03 27 99 90 15 - http://www.eau-artoi-picardie.fr Secrtariat du ____________ Colloque_ . _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ~ . ~ _ _ _ _ _

Paralllement l'effort de matrise de la pollution de temps sec conduit une stabilisation et mme la reconqute des milieux naturels. La tendance la dgradation des cours d'eau est inverse et le problme de la pollution par temps de pluie devient significatif. La prise en compte de l'impact dans la rflexion devient l'ordre du jour. Son incorporation dans la rglementation d'aujourd'hui traduit cette volution.Nota : ce document se focalise principalement sur la matrise des eaux excdentaires. II ne faut cependant pas perdre de vue que les rejets urbains par temps de pluie sont devenus aujourd'hui l'une des sources majeures de pollution causes par les collectivits et que le traitement des ces pollutions devient de plus en plus une ncessit.

1 URBANISATION ET INONDATIONSLa premire fonction de l'assainissement pluvial est l'vacuation des eaux pluviales. Cette fonction a t et reste une proccupation constante des collectivits locales pour viter les inondations. Comme on l'a dj dit plus haut, au fil de l'urbanisation ces problmes d'vacuation des eaux pluviales se sont accrus de manire importante voire trs importante. Une illustration de l'influence de l'urbanisation est donne dans les graphiques suivants (1). Ils comparent deux bassins versants voisins, situs aux Etats-Unis, ayant subit une volution de leur urbanisation diffrente au cours des 35 dernires annes. Ils montrent l'impact de cette urbanisation sur la frquence d'apparition d'une valeur de dbit. Dans le cas du bassin versant peu urbanis (May creek), la priode de retour d'un dbit donn a peu chang. Par contre le bassin versant qui a connu une urbanisation beaucoup plus importante (Mercer creek) voit la frquence d'apparition d'un dbit donn passer de 15 ans un peu plus d'un an.May Creek

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Priode de retour (annes)

Influence de l'urbanisation sur la priode de retour des dbits (1)

2

La consquence de cette rduction de la priode de retour est le plus souvent l'inondation. La notion d'inondation voque ici est relative aux inondations lies des vnements pluvieux locaux, souvent de type orageux, entranant une saturation locale des rseaux hydrographiques (( naturels )) ou artificiels. II convient de diffrencier ces inondations des inondations hivernales o les grandes rivires dbordent par suite d'une pluviomtrie importante et gnralise. Pour rsoudre ces problmes d'inondation on a commenc par renforcer les rseaux etlou recalibrer les cours d'eau mais petit a petit la recherche d'exutoires pour les eaux pluviales devient souvent de plus en plus problmatique. II est de plus en plus frquent de rencontrer des exutoires capacit limite, qu'il s'agisse de rseaux d'assainissement (unitaires ou pluviaux) souvent conus pour un certain degr d'urbanisation ou du petit rseau hydrographique. Les insuffisances d'vacuation des eaux pluviales peuvent parfois se situer trs en aval des zones productrices des eaux de ruissellement. Si bien qu'il n'est souvent plus possible de poursuivre une politique d'vacuation rapide des eaux pluviales l'aide de gros collecteurs car les cots de restructuration des rseaux peuvent tre prohibitifs. Par ailleurs, il s'agit la gnralement de solutions curatives permettant de rsoudre pour une certaine dure les dsordres accumuls au cours des annes. Mais la tendance naturelle de la ville est l'accroissement de surfaces impermabilises, que celui-ci soit diffus (densification de l'habitat, goudronnage de trottoirs, etc.) ou de plus grande ampleur (zones d'urbanisations nouvelles). La mise en place de solutions curatives conduit a une course poursuite entre le rattrapage des insuffisances et des besoins de capacits d'vacuations sans cesse croissante. Si bien que l'on peut arriver un point de rupture entre le dveloppement de la collectivit et les cots de l'vacuation des eaux pluviales. C'est pourquoi ces solutions curatives, qui peuvent permettre d'apporter une rponse rapide des problmes parfois aigus d'inondation doivent s'accompagner du dveloppement de solutions prventives permettant de compenser ces apports nouveaux d'eaux de ruissellement. Par ailleurs il convient de souligner l'impact hydraulique de ces apports brutaux d'eaux pluviales sur ies milieux rcepteurs qui peuvent dtruire compltement la morphologie d'un cours d'eau par rosion des berges et des sdiments, occasionnant ainsi des dpts trs importants ds que l'on retrouve ies dbits d'tiage normaux. Cela peut galement provoquer une destruction complte de l'habitat et donc de l'cosystme. Que ce soit donc pour des raisons conomiques ou de prservation des milieux rcepteurs, il est ncessaire de changer de pratique dans le domaine de l'vacuation des eaux pluviales. Les quelques exemples ci aprs illustrent les problmes lis l'vacuation des eaux de temps de pluie.

1.1 LE CAS DE LA COMMUNAUTE URBAINE DE BORDEAUXLa communaut urbaine de Bordeaux (CUB) a comme exutoire naturel la Garonne, soumise l'influence des mares. Par ailleurs, le dveloppement de l'agglomration s'est essentiellement en amont du centre historique de la ville assaini en unitaire. Cet ancien rseau a rapidement atteint la saturation de sa capacit d'vacuation. La CU9 s'est trouv soumise des inondations sans cesse croissantes en importance et en frquence. En 1984 la succession de deux orages exceptionnels a rendu ncessaire la prise de premires mesures au niveau du rglement d'assainissement. Des tudes ont t faites et le cot de la rsolution des insuffisances dues l'urbanisation existante conduisait un programme de travaux de 2.5 milliards de francs. Ces travaux ne permettaient pas de faire face aux prvisions d'extension de l'urbanisme. La CUB s'est alors trouve face un dilemme : cesser tout dveloppement de son urbanisation, dpenser des sommes encore plus importantes pour prendre en compte l'vacuation des eaux pluviales des urbanisations nouvelle ou trouver une autre dmarche. 3

C'est cette troisime voie qui a t choisie : les urbanisations nouvelles ne doivent pas aggraver la situation de 1984 et les investissements seront faits pour rsoudre les insuffisances connues cette poque. Cela s'est traduit d'abord dans le rglement d'assainissement puis dans le plan d'occupation des sols dans lequel il est indiqu que le coefficient d'impermabilisation apparent ne devra pas tre suprieur 0,3. Paralllement un programme d'investissement d'environ 3 milliards de francs tait lanc pour dtourner les eaux pluviales venant de l'amont du centre de Bordeaux par la construction de grands collecteurs de ceinture ramenant les eaux vers la Garonne, de stations de pompage pour renvoyer les eaux en Garonne en priode de mare haute et de d'ouvrages de stockage (1.300.000 m3). Ce programme a constitu pendant prs de 10 ans le premier poste d'investissement de la CUB. Aujourd'hui, ce programme a port ses fruits puisqu' la fois la frquence et l'importance des inondations ont t rduites. II faut noter que l'utilisation systmatique des solutions compensatoires se fait sans surcot pour les amnageurs. En effet il existe toujours une solution moins coteuse que l'assainissement traditionnel.

1.2 LE CAS DE LA SEINE-SAINT-DENISLe dpartement de Seine-Saint-Denis se caractrise par des exutoires loigns, une topographie avec trs peu de relief et un dveloppement urbain soutenu. Ce dpartement est confront des insuffisances d'vacuation des eaux pluviales depuis le milieu des annes 70. D'importants efforts ont t mens pour rduire ces insuffisances. L'loignement des exutoires a conduit mettre en place d'importantes capacits de stockages (environ 900.000 m3) seule solution possible pour conserver un rseau gravitaire de dimension raisonnable compte tenu du relief. Ces ouvrages peuvent tre tous tlegrs Malgr les investissements trs importants raliss, le constat qui est fait est que la poursuite de la prise en charge de l'vacuation des eaux pluviales par la collectivit risque d'atteindre ses limites. En effet, les tudes menes par la Direction de l'eau et de l'assainissement du dpartement de Seine-Saint-Denis ( 2 ) montrent que, mme avec des dispositions compensatoires au niveau des oprations importantes, le rythme de l'impermabilisation diffuse semble plus rapide que ce que les investissements possibles permettent de raliser comme travaux de matrise des eaux pluviales. En effet les travaux les plus faciles ou les plus rentables ont t effectus, il s'agit de mettre en place des ouvrages plus petits et souvent enterrs, par consquent le prix unitaire des ouvrages a augment alors que les capacits d'investissement n'voluent pas dans les mme proportions. Les alternatives ne sont pas nombreuses et ncessitent un changement dans la prise en compte de l'vacuation des eaux pluviales en particulier au niveau des communes.

1.3 LE CAS DE LA VILLE NOUVELLE DE SAINT QUENTIN EN YVELINESCe cas est un peu diffrent des deux cas prcdents. La ville nouvelle de Saint Quentin en Yvelines fait partie des 5 villes nouvelles prvues dans le schma d'urbanisme de la rgion Ile de France de 1965. Le problme ici tait l'implantation d'une ville loin de tous exutoires capables de faire face des dbits importants. En fait l'vacuation des eaux pluviales compromettait la faisabilit de l'opration. Finalement, la solution mise en uvre a consist construire un certain nombre de grands bassins de retenue insrs dans l'urbanisation. Cette solution a permis d'apporter une rponse technico-conomique satisfaisante. Ce fut un premier pas vers un changement d'approche dans la gestion de l'vacuation des eaux pluvia-

les.4

2 QUELLES SOLUTIONS ?A la diffrence de ce qui se pratique dans le domaine des eaux uses, il n'existe pas de solution "universelle", de recette pour rsoudre facilement les problmes causs par les rejets urbains par temps de pluie. C'est le plus souvent une mthode gnrale qu'il faut appliquer pour parvenir un projet de gestion des eaux pluviales cohrent. Les solutions et rponses prcises ne peuvent tre que locales car les contraintes lies au site, au milieu rcepteur, des modes d'occupation des sols, de l'encombrement du sous-sol, du rseau ou des ouvrages d'puration etc., seront dcisives dans la dfinition des projets.

2.1 LES ETUDES DIAGNOSTIC ET LES SCHEMAS D'ASSAINISSEMENTLa premire tape est de procder un diagnostic et d'laborer un schma d'assainissement. Aujourd'hui ces tudes ne doivent plus se limiter la rsolution des problmes de pollution de temps sec, la recherche des eaux claires parasites permanentes, etc. Ces tudes doivent tre compltes : elles doivent traiter des insuffisances hydrauliques, du fonctionnement du rseau et de la station d'puration, de la dtermination des volumes et flux rejets par temps de pluie, de l'apprciation de l'impact sur le milieu rcepteur. Elles doivent galement fournir tous les lments ncessaires la mise en uvre la dlimitation des zones o les eaux de ruissellement doivent tre matrises prvues par l'article L. 2224-10 du code gnral des collectivits territoriales. II parat donc indispensable d'investir dans les tudes pralables, et en particulier dans tudes diagnostic et les schmas d'assainissement. Cette premire dpense est le meilleur moyen d'optimiser les investissements ultrieurs.

2.2 L'URBANISMELa matrise des eaux de ruissellement dans les zones d'urbanisation nouvelles est maintenant indispensable. On sait parfaitement tous les dysfonctionnements que peuvent engendrer les dveloppements des surfaces impermabilises ainsi que les dbits et volumes qu'elles engendrent. Suffisamment de collectivits en ont fait les frais pour ne plus poursuivre dans la voie du tout tuyau sans s'tre pos la question de l'impact de ces eaux pluviales au moins dj en terme d'vacuation et de plus en plus en terme de pollution. De nombreuses solutions techniques existent aujourd'hui pour viter d'aggraver la situation existante. Ces solutions prennent le terme gnrique de techniques compensatoires ou alternatives. Compensatoires : compenser les effets de l'impermabilisation, alternatives : alternatives l'assainissement classique. I I est donc indispensable de profiter de toutes les occasions pour insrer dans les documents d'urbanisme, mme au niveau des schmas directeurs, des dispositions relatives l'vacuation des eaux pluviales. L'tablissement ou la rvision des documents d'urbanisme est une tape fondamentale ce niveau. C'est en effet le meilleur moyen d'imposer des solutions compensatoires. La dlimitation des zones o l'impermabilisation doit tre contrle ne doit pas forcment se limiter aux seules zones d'urbanisation nouvelles. En effet, des opportunits peuvent se prsenter dans des secteurs dj urbaniss pour mettre en place des solutions compensatoires. Ceci peut s'avrer particulirement intressant dans le cas d'une opration de rnovation. Elles permettront ventuellement d'apporter une rponse la diminution des volumes surverss.

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2.3 LES SOLUTIONS TECHNIQUESToutes les techniques dcrites sont des solutions qui ont recours l'infiltration ou au stockage ou la combinaison des deux. A l'aide de ces solutions, on cherche restituer un hydrogramme voisin de celui du terrain naturel avant amnagement ou respectant les contraintes dfinies partir de l'tude diagnostic dcrite plus haut.

2.3.1 Les bassins de retenueLa technique du bassin de retenue est entre depuis longtemps dans le domaine des solutions classiques. Elle est maintenant bien maitrise. On distinguera diffrents types d'ouvrages : les bassins en eau et les bassins secs. Pour les bassins secs, on pourra faire la distinction entre bassins l'air libre et bassins enterrs. On n'insistera pas sur le dimensionnement des ces ouvrages. Ces ouvrages permettent de combiner utilement lutte contre les inondations et dpollution sous certaines conditions. Pour les bassins en eau, en gnral il n'y a pas problme particulier: les critres pour un bon fonctionnement cologique de ces ouvrages font qu'ils sont efficaces pour la dpollution. Par contre pour les bassins secs, ils peuvent tre totalement inefficaces en matire de dpollution. Le principal paramtre de contrle est la surface permettant la dcantation : plus celle-ci est importante meilleure elle sera. En premire approximation, on peut considrer que le rapport entre le dbit de fuite du bassin et la surface doit tre infrieur 1m/h.

2.3.2 Les nouesVariante des bassins de retenue sec, la noue est un foss dont les "parois'' sont en pentes douces. Ce sont des zones temporairement inondables qui peuvent structurer l'espace Urbain avec un attrait paysager apprciable

2.3.3 L'infi It rationPlusieurs techniques existent pour infiltrer les eaux pluviales. Dans tous les cas, on les privilgiera pour des eaux non pollues comme les eaux de toitures ou les eaux provenant des voiries de dessertes des lotissements ou des zones d'activits tertiaires. Pour les zones d'activits industrielles et artisanales elles requirent le maintien de la parfaite sparation des eaux uses, industrielles et pluviales dans les locaux. Pour le dimensionnement on prend en compte la permabilit et la surface d'infiltration pour dterminer le dbit de fuite, s ce dbit est insuffisant par rapport aux apports, il faut prvoir un volume de stockage dont la capacit est dtermine comme pour un bassin de retenue.

2.3.4 Les chausses rservoirII s'agit ici de stocker les eaux pluviales dans le corps de la chausse constitu d'un matriau poreux qui peut-tre soit un matriaux concass type ballast de chemin de fer soir d'un matriau alvolaire de type nid d'abeille offrant ainsi un volume de vide plus important par rapporl au concass (90 % de vide contre 30 %). L'admission de l'eau dans le corps de la chausse peut se faire par diverses manires. On peut avoir recours a l'infiltration directe travers la surface qui est poreuse. On peut aussi recourir une alimentation par un systme d'avaloirs classiques relis des drains. Dans ce cas l'efficacit pour la dpollution est moindre. En effet l'infiltration par la surface permet d'avoir une bonne dpollution des eaux de ruissellement dont les polluants sont pigs a la surface du revtement. Des rendements de 70 90 ?h sont obtenus selon les polluants. Cette dpollution entrane un colmatage progressif de la couche de surface que l'on peut prvenir par un entretien rgulier ou bien on peut procder un dcolmatage priodique.6

La technique de la chausse rservoir s'applique particulirement bien des parkings de l surfaces importantes. Is permettent en gnrale de stocker l'intgralit des eaux du parking et des toitures.

2.3.5 Les toits terrasseL'utilisation des toits terrasse pour y faire du stockage est une solution qui peut-tre envisage lorsque l'on prvoit de faire un toit terrasse. Dans ce cas, c'est une solution simple et quasiment sans surcot.

3 QUELQUES NOTIONS DE COUTSD'une manire gnrale, l'exprience montre que le cot d'un assainissement par solution compensatoire est moins lev qu'un assainissement classique. Ceci est vrai l'chelle de l'opration mme et le devient encore plus si l'on devait intgrer le cot d'une restructuration aval des rseaux d'assainissement. Les deux exemples ci-aprs en sont la dmonstration.

3.1 EXEMPLE No 1 : CAS D'UN LOTISSEMENT

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COMPARAISONS ENTRE

DIFFERENTES SOLUTIONS I I s'agit d'une tude comparative (3) portant sur un lotissement de 100 habitations dont la densit est de 18,4logements l'hectare. La pente est de 0.5%. Cette tude dimensionne les rseaux dans la rgion de pluviomtrie I I pour une priode de retour de 10 ans avec un coefficient d'impermabilisation de 0,4. A partir de ces hypothses de bases, sont compars six systmes d'assainissement en supposant bien entendu qu'ils sont tous a priori possibles notamment sur le plan de la permabilit en vue d'une infiltration des eaux pluviales. Le dtail estimatif figure dans le tableau 2. Les cots unitaires sont bases sur des moyennes etablies partir de nombreux cas observs. Les constatations que l'on peut tirer de ce tableau sont les suivantes : l'impact conomique de la suppression du branchement souterrain au rseau pluvial est dterminant ; le cot du rseau est trs sensible l'utilisation de l'infiltration sur la parcelle grce la diminution du volume vacuer ; pour des terrains relativement impermables, l'assainissement par fosss conduit une solution conomique. Pour le cot de5 ouvrages extrieurs l'opration, celui-ci sera d'autant plus faible que le dbit de pointe sortant de l'opration sera faible (pas d'incidence sur l'aval), donc les solutions d'infiltration seront les moins onreuses.En conclusion, la solution la plus coteuse reste la solution classique n"1, avec la solution n"2 avec rseaux, caniveaux, fosss, regards, trop complexe. Les autres solutions intermdiaires sont globalement au mme cot, toutes ces solutions se valent suivant la nature du terrain. La solution la moins chre est la solution la moins technique, la solution n"4 avec fosss et caniveaux, o l'eau sera momentanment visible et o une gne existera pendant la pluie surtout dans les zones privatives inondes.

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n"1 = n"2 = n"3 = n"4 = n"5 = n"6 =

assainissement classique par canalisations enterres avec branchements souterrains; assainissement par canalisations enterres et utilisation de l'coulement superficiel sur les parcelles; assainissement par canalisation enterre et infiltration sur la parcelle; assainissement par foss et utilisation de l'coulement superficiel sur les parcelles; assainissement par canalisation enterre et infiltration; assainissement par chausse poreuse et infiltration sur la parcelle.

Tableau 2 : Tableau rcapitulatif de l'exemple 1

3.2 EXEMPLE NO2 : CAS D'UNE ZAC

EN REGION (LE DE FRANCE II s'agit d'une opration immobilire ralise dans le cadre d'une ZAC VerneuiVSeine (78). La surface concerne est d'environ 21 hectares constitue de 235 lots. Les surfaces revtues ou construites reprsentent 24 % de la surface totale. Le dbit admissible l'aval est limit par la capacit du collecteur 200 I/s. La topographie de la zone est varie et comprend des secteurs forte pente. Deux solutions de rgulation des eaux de ruissellement ont t envisages : bassin de retenue avec plusieurs variantes et assainissement compensatoire du type chausse rservoir.

3.2.1 Le bassin de retenueDans le cas des solutions bassin de retenue, la solution propose est la cration d'un bassin de retenue sur un site extrieur la zone amnage. Ce choix repose sur les contraintes topographiques qui rendait trop coteux la ralisation d'un tel dans le primtre mme de la ZAC, par ailleurs il se rvlait consommateur d'espace. De plus la collectivit disposait d'espaces disponibles proximit rduisant ainsi l'incidence du cot foncier sur la ralisation de cet ouvrage. L'ouvrage envisag tait d'une capacit de 3000 m3avec un collecteur d'amen de 500 m de long et d'un diamtre de 1200 mm. Le cot de l'ensemble de cet ouvrage tait estime a 3 MF.

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3.2.2 Les solutions alternativesLa solution technique qui a t tudie est la mise en place de chausses rservoir o serait stock l'ensemble des eaux de ruissellement. Les caractristiques topographiques de certaines zones ont conduit a mettre en place des structures de stockage en gradins. Par ailleurs, suite la demande de I'hydrogologue officiel, les fonds de forme de certains tronons de voirie ont t tanchs pour protger la nappe des risques d'apport de pollution depuis la surface. Enfin dernire caractristique de cette opration : l'alimentation de la structure rservoir se fait essentiellement par des drains latraux et non par percolation travers une couche d'enrob poreux comme cela se fait habituellement.

3.2.3 Comparaison des cotsA l'aide des dtails quantitatifs estimatifs de chacune des deux solutions nous avons tabli le cot des deux options. De cette comparaison, il ressort les cots suivants :Classique 280.000 F 8.436.000 F 5.333.000 F 3.000.000 F 17.049.000 F Compensatoire 302.000 F 7.895.000 F 3.843.000 F12.041.O00 F

1

Terrassements gnraux Voirie Assainissement Bassin de retenue Total

La diffrence annonce au niveau de la ralisation de la voirie n'est probablement pas significative. En effet dans le cas de la voirie classique, une part relativement importante de la voirie est constitue de bton hydraulique arme balay ce qui augmente sensiblement le cot. Nous considrerons donc qu'il n'y a en fait pas de diffrence a ce niveau. C'est donc sur le poste assainissement que l'essentiel de la diffrence se fait. Un examen dtaill des bordereaux montre les postes o se font les diffrences. Les diffrences les plus significatives entre les deux solutions sont regroupes dans le tableau cidessous :

Cette comparaison permet de voir l'impact des conomies ralises au niveau de l'assainissement du projet lui-mme mais galement un niveau plus lev puisque la collectivit est dispense d'utiliser des terrains dont elle est propritaire tout en respectant la contrainte hydraulique aval. L'amnageur quand lui ralise une conomie consquente sur la charge foncire. C'est donc la solution technique rservoir qui a t retenue pour cette opration.

4 CONCLUSIONLa mise en uvre de solutions compensatoires n'est qu'une partie de la solution aux problmes poss par les eaux pluviales. II est important d'avoir une vue d'ensemble et aussi complte que possible des problmes rencontrs. Ceci passe par un effort en matire d'tudes. Les solutions compensatoires constituent nanmoins une mesure prventive importante permettant des conomies importantes tant pour la collectivits que pour les amnageurs. Pour une utilisation efficace des solutions compensatoires, l'ensemble des acteurs doivent tre associs l'laboration des projets.

1 (1) Moscrip, A.L., Montgomery, D.R., 1997. Urbanisation, flood frequency, and salmon abundace in Pudget lowland streams. Journal of the American Water Resources Association VOL. 33 No 6 1289-1297.

2 Colloque "Les bassins nouvelle vague", 16-17 juin 1992, Conseil gnral de Seine Saint Denis, Pantin 3 MOREL A L'HUISSIER (A.). Evaluation conomique des choix alternatifs en matire d'assainissement, 1988,rapport CERGRENE, 92p.

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Inondation et Gestion de la ville par temps de pluieColloque des 15 et 16 Novembre 2001

Quelques perspectives pratiques d'tude e t d'aide l'exploitation ouvertes par le radar d'Abbeville Le cas de Boulogne Sur Mer.

AuteursFrdric CUVlLlER , Adjoint au Maire de BOULOGNE-sur-MER , Guy Jacquet Pierre Voignier , RHEA , Jean-Marc Bourniquel , Gnrale des Eaux .

Rsum La topographie de la ville de Boulogne sur mer est particulire. En moins d'un kilomtre, l'altitude du bassin versant dcrot de plus de 110 m pour venir affleurer le niveau de la mer. Ceci implique sur les zones d'apports amont des pentes extrmement fortes (plus de 10 %). Ces zones ruissellent vers la basse ville (trs plate), secteur plus sensible aux inondations depuis la mise en place d'ouvrages complexes pour protger les eaux de baignade et rduire les dversements par temps de pluie et depuis l'impermabilisation acclre des sols par l'urbanisation. La gestion traditionnelle de ces ouvrages par la Gnrale des Eaux, avec les seules informations de niveaux en rseau, ne permet pas lors d'une pluie importante, de satisfaire systmatiquement au double objectif antinomique de garder les eaux dans le rseau pour les traiter et de les vacuer pour viter les inondations. Pour grer ces ouvrages, la prise en compte en temps rel de l'information CALAMAR, la mesure de rfrence de pluie, permet :0

0

De prvoir l'volution des niveaux dans le rseau lors des pluies courantes et cela sans crainte d'erreur (pluviographes bouchs), De ne pas attendre la raction violente du rseau lors de pluies exceptionnellement fortes pour mettre les ouvrages en configuration de lutte contre les inondations.

Secrtariat du Colloque Agence de I'Eau Artois-Picardie Centre Tertiaire de I'Arsenal - 200. rue Marceline - B.P.818 - 59508 Dotfai T(. 03 27 99 90 O0 - Fax 03 27 99 90 15 - http://www.eau-artoi-picardie.fr

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Cette problmatique spcifique Boulogne sur mer permet douvrir des perspectives dutilisation des informations CALAMAR, partir du radar dAbbeville sur tout le territoire couvert par ce dernier pour :0

0

Mieux caler les modles de simulation hydraulique en utilisant les informations du radar dAbbeville lors des pluies exceptionnelles depuis octobre 1995. Dmontrer la prsence dintensit de pluie forte justifiant les dversements dans les bilans dauto surveillance, en dpit des pluviographes bouchs ou dune densit insuffisante pour identifier les cellules convectives de pluie.

SummaryBoulogne sur Mer rises on its hills I O m above sea level though it is less than 1 km I away from the sea shore. Run off from these urbanized steep slopes frequently flood the lower part of the City :0

0

Since overflow limiting gates are in operation to stop beach wet weather pollution. Since imperviousness increase due to urbanization.

Local reactive real time control of these gates by the Gnrale des Eaux does not allow to operate these gates to face beach protection in the same time as flood. Predictive real time control using fault free CALAMAR rains information will allow this gate operation, because :0

0

It predicts accurately sewer water levels, without the risk of blocked rain gauges. It predicts sharp water level rises during high intensity storms, way a head of the gate opening duration.

Solving such a specific problem in Boulogne sur Mer will benefit most of the territory seen with the radar of Abbeville in allowing to provide better rain data :0

0

For hydrologic modeling of the heavy storms which create unusual run off responses since the radar archive start in ocotber 1995. For the detection of high intensity localized storms in overflow events, while gauges are either blocked or too scattered to spot them.

1 CONTEXTE

Lagglomration boulonnaise est subdivise en deux zones distinctes dlimites par la Liane, la rive droite trs urbanise et la rive gauche industrielle. La rive gauche, industrielle, est caractrise par une absence de relief surtout sur les bords de Liane. Pour limiter les rejets au milieu naturel, il est install un bassin de rtention dans le secteur de Capcure. Plus au sud, sur cette rive, seffectue lpuration de lensemble des eaux de lagglomration : cette station dpuration nest toutefois plus adapte au besoin actuel et est en cours de rhabilitation.

2

La rive droite de la Liane, urbanise, est caractrise par une topographie fortement accentue avec des pentes pouvant tre suprieures 10 %, sur la partie amont pour se terminer sur les quais de la Liane relativement plats. Sur cette rive le rseau est majoritairement de type unitaire. Les eaux sont envoyes en rive gauche via un siphon sous fluvial traversant la Liane et limitant le dbit vacu a un peu plus que le dbit de pointe de temps sec, cette limite est gre en grande partie par le complexe hydraulique situ sous la place Frdric Sauvage et par la station de pompage (PRA) situ en rive gauche qui refoule ces eaux vers la station dpuration.II suffit danalyser la carte 1 qui prsente le bassin versant pour remarquer limportante superficie draine par la rive droite. Cette surface est du reste la plus urbanise aprs la zone industrielle de Capcure. Les dbits pluviaux gnrs sont donc trs importants avec un exutoire commun, le complexe hydraulique de la place Frdric Sauvage. Cest cette configuration qui, par forte pluie, entrane des inondations.

Le complexe hydraulique de la Place Frdric Sauvage, nud important de la rive droite comprend : Des portes flots quipant les rejets des gouts principaux (le Vivier et le Marais). Leur vocation premire, est dempcher lintrusion deau de mer dans le rseau. Paralllement, ces portes sont aussi gres pour limiter les inondations lorsque les dbits pluviaux sont importants. Un poste de refoulement de la Place Frdric Sauvage : ce poste a t construit rcemment pour diriger vers le siphon sous-fluvial tous les rejets deaux uses et une partie des eaux de pluie qui ne peuvent pas de faon gravitaire scouler vers le siphon sous-fluvial.

3

P

Par ailleurs, le mauvais fonctionnement des rseaux a un impact sur la qualit du milieu naturel. Les investigations ralises au cours de prcdentes tudes ont conduit identifier les principaux dysfonctionnements du systme dassainissement lorigine de la dtrioration de la qualit du milieu naturel :0

Par temps sec : Lexistence de rejets directs dans la Liane ; Une insuffisance des capacits puratoires actuelles. Par temps de pluie : Une insuffisance du systme hydraulique de la rive droite de la Liane transiter sans dversement les pluies doccurrence faible : les dversoirs dorage fonctionnent souvent et entranent le dversement deaux plus ou moins unitaires vers le littoral et la Liane.

Si le fonctionnement des rseaux par temps sec est connu, il nen est pas de mme pour le fonctionnement par temps de pluie. Les tudes ralises jusqu prsent avaient pour principal objectif lamlioration de la qualit du milieu naturel, cest--dire lamlioration du fonctionnement par temps sec et pour les pluies doccurrence faible. Le fonctionnement lors de pluies de forte occurrence des rseaux en rive droite de la Liane, ainsi que la gestion des eaux uses par temps de pluie nont t abords quau travers de modlisations simplifies. En effet, il nexistait pas jusqu prsent de cartographie des rseaux dassainissement comportant les informations topographiques ncessaires la ralisation dtudes fines du fonctionnement par temps de pluie. La ville de Boulogne sur Mer a entrepris une dmarche damlioration de la gestion du rseau dassainissement desservant la station dpuration de Boulogne sur Mer, correspondant en tout ou partie au territoire de quatre communes (BOULOGNE, OUTREAU, LE PORTEL, et SAINT MARTIN LES BOULOGNE). Partie prenante de cette dmarche, lexploitant de ce rseau, la Gnrale des Eaux, souhaite laccompagner. Cette dmarche comprend la fois : Une tude gnrale du fonctionnement hydraulique par temps de pluie du rseau dassainissement drain par la station dpuration de Boulogne sur Mer, attribue au groupement RHEA-KISTERS en fvrier 2001, avec lassistance la matrise douvrage dAMODIAG. Un quipement en outils dassistance a lexploitation afin que lexploitant du rseau puisse utiliser et faire vivre les modles et les informations rassembles au cours de ltude gnrale.

0

5

2 LAPPROCHE RETENUE

Le groupement RHEA-KISTERS sest engag fournir une solution damnagement assurant la protection contre les inondations du rseau dassainissement de Boulogne sur Mer. Un tel engagement nest possible qui si sont disponibles des informations lors des vnements ayant cr ces inondations. II eut t imprudent dextrapoler des informations obtenues lors dune campagne de mesures de courte dure, ayant peu de chance de permettre des observations de pluie engendrant des dsordres. En effet, lors de pluies exceptionnelles, il se produit des dsordres qui ne sobservent pas lors de pluies de forte occurrence : Les singularits, les dpts charris, les btards flottants, ... crent des pertes de charge inobservables aux dbits frquemment observs Les limites de capacit dengouffrement des avaloirs ne sont pas observables lors des ruissellements courants Les apports de ruissellement exceptionnels, dus aux terrains permables saturs des bassins versants amont ruraux ou moins urbaniss que la partie basse, ou aux terrains impermables non directement raccords au rseau.

0

0

Pour cela il est ncessaire dtudier la sensibilit ces dsordres des hauteurs deau maximum observes dans la ville : en utilisant le modle de simulation du rseau dassainissement, et en lalimentant avec les lames deau tombes toutes les cinq minutes sur les bassins versants du modle. Ces lames deau, issue du service CALAMAR, sont calcules partir des donnes provenant du radar dAbbeville, et des donnes de pluviographes proches existants au moment des vnements. Le procd de traitement a t brevet par RHEA. La matrise des dversements au milieu naturel se fait aussi sur la base de solutions damnagements obtenus par simulation grce au modle cal pour des orages importants. Dans ces conditions les rsultats de simulation offre un coefficient de scurit acceptable vis--vis du risque de dversement deaux uses par temps de pluie. Lintrt de ltude avec un modle intgrant la donne CALAMAR de pluie est quil permet facilement terme de dfinir des stratgies de gestion des ouvrages du rseau (gestion prdictive et volutive). Ce mode de gestion prdictif permet de concilier les objectifs contradictoires de lutte contre les inondations et de lutte contre la pollution. Le premier impose par exemple pour un bassin de rtention quil soit toujours prt A absorber la pointe de dbit (bassin ,presque toujours vide pour des pluies de faible moyenne importance), alors que le suivi de lobjectif lutte contre la pollution incite utiliser le bassin le plus frquemment possible pour limiter les rejets au milieu naturel.

6

La gestion prdictive par la prise en compte de la nature de lvnement pluvieux, avant que ne monte les eaux, permet alors didentifier le risque encouru et de basculer les consignes de gestion des ouvrages vers lobjectif le plus appropri. La gestion prdictive parait tre le prolongement naturel du mode dexploitation actuelle avec astreinte, car elle permet lexploitant dadapter ses consignes dexploitation au risque de dversements, et pas seulement au risque dinondation.

3 CALAMAR : a Comment a marche ?Le service CALAMAR se dcline en deux mode de fonctionnement, celui en temps diffr et celui en temps rel. En temps diffr, le service CALAMAR est aliment par loprateur en donnes en relation avec un pisode pluvieux particulier analyser. En temps rel, le service CALAMAR salimente de lui mme chaque cinq minutes de deux donnes ncessaires son bon fonctionnement. Ces donnes proviennent de deux sources dinformations diffrentes. La premire est la donne radar produite par METEOFRANCE aux besoins de lutilisateur et rediffuse et archive immdiatement sur le serveur dimages de RHEA. Cette donne radar retravaille provient des images dites originales produites par METEOFRANCE. La seconde est la donne pluviomtrique propre la collectivit, issue dun rseau dont la densit et le mode dacquisition fixeront les performances de qualit. Ces deux informations subissent alors des traitements spcifiques (limination dans limage radar des imperfections comme les chos de sol, advection des images pour homogniser cette source dinformation celle des donnes sol, puis calibration des images par les donnes sol). Ces traitements sont importants et vitaux, car linformation radar seule nest pas une information de pluie. Le radar ne sait pas mesurer la pluie, il mesure la rflectivit des gouttes deau qui nest pas lie par une loi linaire avec le volume deau associ ces gouttes. Cette loi ncessiterait de connatre en chaque instant et en tout point la distribution des tailles de gouttes deau, information inaccessible avec les moyens oprationnels actuels. Sans cette information le rapport entre information radar et information de pluie peut aller du simple au dcuple. On conoit donc aisment que linformation radar seule ne peut tre utilise que de manire qualitative. Pour la transformer en information quantitative, il est donc ncessaire de la rattacher une rfrence. Cette rfrence est la donne pluviographique observe au sol. Le couplage de ces deux informations, appel calibration dans le service CALAMAR permet alors de transformer linformation radar en information de carte de pluie. Ces cartes de pluies ont alors les caractristiques temporelles et dimensionnelles des images radar, savoir un chantillonnage toutes les cinq minutes et une discrtisation spatiale de 1 km. La figure deux illustre ce principe.

7

Rada r d 'Abbev iII e

~

~

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-.

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&I -.j " r

--

.

. '

1i

Traitement de I'image radar correction des chos de sol Suivi continu du dplacement =ADVECTION Correction de l'intensit radar par des mesures ponctuelles au sol = CALIBRATION

CALAMAR Temps rel

i

Figure 2 : mode de fonctionnement du service CALAMAR Pour la ville de Boulogne sur Mer, c'est le radar d'Abbeville qui est exploit dans le cadre de sa dmarche d'amlioration de la gestion du rseau d'assainissement desservant la station d'puration de Boulogne sur Mer. Ce radar a un rayon d'action de plus de 250 km. Mais d'un point de vue hydrologique, la porte est limite une distance moindre d'environ 100km. Cette porte peut fluctuer en fonction de la qualit de l'image radar originale produite sur un secteur donn. La figure trois illustre le rayon d'action (( hydrologique )) du radar situ proximit d'Abbeville et montre bien les incertitudes sur des agglomrations importantes comme, Dunkerque, Lille ou Saint Quentin.

8

COUrbeS lrohykar

(Anndor 196Ob 19%) Prdciplntlonsen MM /An.z600

d8 8 B 900

dsSWL Io00

HELPE

Figure 3 : couverture du radar dAbbeville (porte 100 km) A lintrieur de cette porte, lexemple de la ville de Boulogne sur Mer permet de prsenter le rle clef du service CALAMAR dans la dmarche entreprise par la ville de Boulogne sur Mer.

4.LA PLUIE 19 AOUT 1999 SUR LA VILLE DE BOULOGNE SUR MERLa pluie du 19 aot 1999 est une pluie ayant provoqu de fortes inondations. Cest une pluie exceptionnelle quil est important de traiter pour comprendre les mcanismes de ruissellement mis en jeu sur la ville de Boulogne. Cette pluie a t classe comme ayant une priode de retour suprieur a 50 ans sur son cumul en deux heures par le centre dpartemental de la mtorologie de Boulogne sur mer. A lpoque, la seule donne pluviometrique locale disponible a pas de temps fin ( 6 minutes) est celle du poste de Mto France situe sur la commune de Boulogne sur Mer. Si cette pluie possde une htrognit importante, il nest pas opportun dappliquer le hytogramme de pluie issu de ce poste a lensemble du bassin versant.

9

Grce linformation radar, il est alors possible daccder la carte de pluie sur la ville de Boulogne sur Mer condition de disposer dun nombre suffisant de poste pluviomtriques pas de temps fin (de 5 15 minutes). Pour cela, il est ncessaire de recourir des informations pluviomtriques issues de postes ayant t touchs par cet pisode. Les postes de la DIREN (Dvres et Wirvignes), de MtoFrance (Boulogne , Desvres et le Touquet) ont t exploits. Par ailleurs un poste pluviographique enregistrement papier, situ la station dpuration, tait aussi disponible ; mais son interprtation tait dlicate. Tous ces postes ont permis de traiter les images radar pour produire les cartes de pluies de cet pisode comme le montre la figure 4. II faut remarquer que ces postes nauraient pas pu tre exploits dans le cadre de la modlisation du comportement du rseau dassainissement cette pluie, car il sont distants pour certain de plus de 20km de la zone dtude.iilIL! di., i3oLiiogtlG 413r tncrCumul pixel en mm 44 6 Station dpuration15 905

Cumul pluvio en mm 38 413 30215 3

Erreur en YO16 O19 5

non significatif17 6

12 6Devres Diren Bassins VersantsZAC Liane

19

18 Priode de retourAucun depassement

55

Cumul (en mm)13 7 22 6 38 316 2

Bassins ElmentairesZAC Liane

Outreau Portel Capecure Diderot Daunou Centre ville Egout Vivier Sainte-Beuve

Outreau Portel

2 5 ans sur 60 minutes (14.3 mm)10 30 ans sur 60 minutes (19.9 mm)

Diderot Daunou Centre ville

Aucun depassement

20 433 341 6

2 5 ans sur 30 minutes (10.8 mm)5 IO ans sur 30 minutes (14.8 mm)

IO 30 ans sur 30 minutes (15.5 mm)IO 30 ans sur 30 minutes (18.3 mm)

45 O

Figure 4 : rpartition spatiale de la pluie du 19/08/1999 et analyse du rendu de cet pisode. La figure 4 reprsente trois informations. La premire est la carte de pluie du cumul de lpisode ; chaque petit carreau de couleur reprsentant un pixel de pluie ayant une surface de 1 km2. On se rend compte de lhtrognit de cette pluie : moins de 5 mm et plus de 50 mm sur le pixel le plus touch La seconde information, situe droite de la carte de pluie prsente le cumul obtenu au pixel radar en relation avec le pluviographe au sol, le cumul du pluviographe au sol et lerreur entre ces deux sources dinformation. II faut noter que le cumul du pixel radar prgvient de linformation radar trait par le service CALAMAR, ce nest pas linformation radar originale. On constate que lerreur est de faible importance, elle est infrieure 20%, niveau qui correspond au bruit de mesure des deux sources dinformation sachant quelles sont acquises de manire compltement diffrentes.

Enfin , la troisime information correspond au cumul de pluie sur diffrents secteur de la ville de Boulogne et lanalyse automatique que le service CALAMAR effectue quant limportance de la priode de retour qui en dcoule. On remarque que des zones (gout du Vivier) ont t touches par de la pluie dont la priode de retour dpasse les 30 ans en trente minutes. Sur dautres secteurs la pluie a t relativement modeste(Zac Liane). Mme sur une zone de la taille de Boulogne sur Mer, (4 km par 5 km), la pluie peut tre trs htrogne. La seule donne pluviographique naurait pu rendre, pour cet pisode historique, ce rsultat. Cette information de carte de pluie permet alors de fournir une entre de pluie aux modles bien plus prcise que celle du pluviographe du Smaphore, malgr sa proximit. Cela procure gain de temps lors du calage du modle et prcision sur la valeur des coefficient de ruissellement des bassins versants. II en dcoule un meilleur calage et par la suite une dfinition plus juste et approprie des amnagements pour remdier aux dysfonctionnements du rseau quant la lutte contre les inondations et la lutte contre la pollution. Le couplage de linformation radar et de linformation pluviographique permet aussi de critiquer et de contrler la qualit des donnes pluviographiques. En effet, linformation radar est acquise par un seul instrument dont Ihorodatage est extrmement prcis. Alors que la donne pluviographique (issu pour cet pisode de plusieurs organismes) est bien souvent date la source par une horloge propre chaque pluviographe. Toutes ces horloges drivent et il est trs difficile de connatre avec prcision les erreurs qui sont commises sil ny a pas une autre rfrence pour permettre une comparaison. Le procd de calibration permet lui de se rendre compte de ces dcalages comme le montre la figure 5 suivante.

11

Pluvio STEP :Recal de 1 heure

Dvres Mto France recal de -30 minutes.

(info (( papier )

Figure 5 : critique de donnes pluviographiques La partie gauche montre le poste de la station dpuration (enregistrement papier), la partie droite montre le poste de Desvres Mto France. La donne pluviographique est reprsente par un hytogramme en (( rectangle , la donne calamar en hytogramme bton . Ces deux postes pluviographiques, sans rfrence radar montre un fonctionnement correct. On ne peut pas dceler priori un dcalage temporel. Mais en sappuyant sur la rfrence temporelle du radar, il apparat immdiatement que le synchronisme est mauvais. Pour le poste de la STEP, la donne est en avance dune heure, il est vident que lorsque le radar voit de la pluie, le pluviographe doit en voir aussi (ce qui nest pas le cas sur limage non recale). Pour le poste de Dvres la donne est en retard de 30 minutes. Ce processus est trs important, car il permet rapidement didentifier les postes pluviographiques drgls par dsynchronisation temporelle ou bien les postes bouchs. Dans ce dernier cas linformation pluviographique est trs {( molle B alors que linformation radar ragit beaucoup plus promptement. II permets en outre un entretien efficace dun parc de pluviographes et sinsre compltement dans la logique de la mise en place de lauto surveillance.

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5.PERSPECTIVESDans le cadre de la dmarche entreprise par la ville de Boulogne sur mer, demandant une garantie sur la solution damnagement du rseau et de son exploitation, lutilisation de la mesure de rfrence de pluie, a t juge indispensable. La mesure de rfrence de la pluie permet en effet :0

Daccder aux informations sur des pisodes pluvieux exceptionnels tombs depuis la date de mise en service du radar (octobre 1995), informations essentielles pour : le calage du modle mathmatique simulant le comportement du ruissellement sur le bassin versant et dans le rseau dassainissement, le re-dimensionnement avec des pluies relles des solutions damnagement appropries rsorber les dysfonctionnements constats ,

0

0

De contrler la qualit des donnes pluviographiques et de la fiabiliser, De faciliter la mise en place de lauto surveillance, Daller progressivement vers une gestion en temps rel prdictive du rseau dassainissement, par laide la dcision quelle procure sur le choix de la stratgie adopter pour dfinir les consignes de gestion des ouvrages . Dans ce cas, un ouvrage nest plus construit pour lutter contre les inondations ou pour lutter contre la pollution. II intgre se double objectif si souvent contradictoire quant la dfinition des valeurs de consignes (maintenir vide un bassin de rtention pour absorber le pic de dbit, ou lexploiter le plus possible pour limiter les rejets au milieu naturel).

Le radar dAbbeville, avec sa porte de plus de 100 km, couvre de nombreuses villes. Nombre dentre elles ont fait lexprience de dysfonctionnements de leurs rseaux dassainissement vis--vis des objectifs de lutte contre les inondations et/ou la pollution. La mesure de rfrence de pluie, utilisant les donnes du radar dAbbeville et celles des rseaux pluviographiques, apporte une pierre dangle la construction damnagements de lutte contre ces dsordres.

13

Inondation et Gestion de la ville p a r temps de pluieCouoque des 1 et 16 Novembre 2001 5

ST QUN7ZN, PAR TEM?S DE PLUIE

Frdrique Naizin Responsable Assainissement Communaut dAgglomration de Saint-Quentin

-

La Communaut dAgglomration de Saint-Quentin regroupe 19 communes, rurales et urbaines, dont Saint-Quentin, capitale de la Haute Picardie. Cette ville axonaise, dune population de 61092 habitants connat un rgime de prcipitation assez maqu. Elle est souvent confronte des pluies dintensit varie et des orages courts et violents entre les mois de juin et septembre. Ces vnements pluvieux, suivant leur intensit, entranent principalement deux types de dsordres : des dsordres hydrauliques et des dsordres lis la pollution. Avant de dcrire et danalyser ces dsordres, une prsentation de la ville de Saint-Quentin et des infrastructures dont elle dispose pour grer les vnements pluvieux savre indispensable. Le dpartement de lAisne prsente un climat de type atlantique humide et frais aux vents douest dominants, forte nbulosit et au rgime pluvieux rgulier. Les caractristiques pdologiques de dpartement sont celles de sols profonds et la valle de lAisne est compose de sols calcaires. Pour sa part, Saint-Quentin est situ lextrmit Est du plateau picard et du Vermandois une altitude de 74 mtres. Lune des richesses de SaintQuentin est son rseau hydrographique. En effet, la Somme dont les sources se situent Fonsomme 15 kilomtres en amont de Saint-Quentin traverse lagglomration sur environ 3 kilomtres. Saint Quentin dispose aussi en pleine ville dune rserve naturelle, les marais dIsle (47 ha) et dun canal qui divise lagglomration en deux rives. Lensemble de ces rseaux hydrographiques sont interconnects et maintiennent en quilibre le niveau des eaux. Cependant cette richesse est vulnrable et pour la protger, la Somme est classe en zone sensible pour la lutte contre leutrophisation des eaux par arrt prfectoral du 23 novembre 1994. Carte 1 : Saint -Quentin et son rseau hydrographique.\

- 1 - Prsentation de Saint-Quentin

I

l!,

t,I

/

Secrtariat du Colloque _ _ - . -- -. __ - ---___ Agence de LEauArtois-Picardie - Centre Tertiaire de LArsenal 200. rue Marceline - f3.P. 818 - 59508 Douai Tl. 03 27 99 90 O0 - ax 03 27 99 90 15 - http://www.eau-artois-plcardie.fr

-

Au dbut du sicle, pour assainir son centre ville, Saint-Quentin a opte pour lutilisation danciennes galeries souterraines et de puits perdus. Avec lessor industriel, la ville sest dveloppe sur les faubourgs donnant la structure actuelle des principales branches du rseau eaux pluviales faisant office de rseau unitaire. Le rseau sparatif commence tre mis en uvre aprs la seconde guerre mondiale, pour tre dfinitivement adopt vers les annes 60. Le dveloppement des rseaux eaux uses a concern en priorit les nouveaux quartiers (ZUP, ZAC, Zi). Dans un souci de prserver le milieu naturel et de connatre le fonctionnement des rseaux dassainissement, une tude diagnostic est ralise sur les rseaux dassainissement eaux uses et eaux pluviales en 1986. Suite cette tude, les principales actions menes avec laide de lAgence de lEau Artois Picardie et du Conseil Gnral de lAisne se sont concrtises par une desserte en assainissement eaux uses sous forme de programmes triennaux, linstallation de reprises des eaux de temps sec sur les rejets au milieu naturel les plus polluants et la remise en conformit de la station dpuration. Carte 2 : Rseaux eaux pluviales de Saint-Quentin

Rseau pluvial Nature Ovoide briquet, ciment, fonte Type Gravitaire Linaire 135Km Diamtre 300, vocation urbaine,

((

Centre-

O

dcouverte de nouveaux ouvrages de dlestage vers le Riot Mauby, sur la branche industrielle.

-

de localiser des incohrences structurelles et des zones coulements perturbs ou ralentis :OO

restrictions de diamtre sur le rseau structurant, collecteurs en maonnerie et regards de visites traverss par des concessionnaires,

O O

zones de dpts, collecteur structurant sous influence aval, pos trs faible profondeur et ne supportant aucune mise en charge, secteurs forts ruissellements (torrents) sur la chausse.

O

-

didentifier des mises en charge sur les hauteurs au droit douvrages structurants :O

liaison radier radier des branches principales avec le Riot Neuw.

De la photographie la modlisationAMODIAG / SIAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . age. 17. . . . . . . . . . . . . . . p ... ..

4.2. CamDagne de mesures dbits-uollution 4.2.1.

Dtermination thoriaue de la Droduction deaux uses

Les donnes hydriques thoriques, rattaches lUnit Technique de Caudry, sont les suivantes : Nombre dabonns : 5 820 Population raccordable : 13 74 1 Consommation eau potable : 9 19 405 m3/an Production thorique eaux uses (EUT) : 2 9 13 m3/j O Eaux uses domestiques (ESD) : 1 103 m3/j Eaux uses industrielles (EI) : 1 8 10 m3/j O

4.2.2.

Mesures de temm sec

Par temps sec, 4 547 m3/j convergent vers la station dpuration de Caudry, dont : - 2 124 m3/j deaux uses (soit 47 % du volume journalier) ainsi rpartis : 735 m3/j deaux uses domestiques (16 % du volume journalier), 1 389 m3/j deffluents de type industriel (3 1 % du volume journalier). 2 423 m3/j deaux parasites (soit 53 % du volume journalier), reprsentant un tauxO O

-

de dilution de leffluent de 214 %.

La campagne de mesures a permis de mettre en vidence :

-

une grande variabilit, dans le temps, des apports industriels (Z activit industrielle tant nulle le week-end), une augmentation constante du dbit des eaux parasites, notamment sur la branche du Riot Savet, lie conjointement des fuites deau potable et au drainage des eaux mtoriques.

Par temps sec, les flux de pollution traits la station dpuration, pour les principaux traceurs, ]sent ainsi : se dcomp Analvses des dbits en amont de la station diuuration :Pour la pluie de rfrence, le dbit total gnr en amont de la station dpuration de Caudry slve 13 637 m3/j, dont : 10 403 m3 sont dlests vers le milieu naturel par lintermdiaire du dversoir dorage implant en amont de loutil puratoire, 3 234 m3 transitent vers la station dpuration. Par comparaison au temps sec, le dbit moyen journalier est multipli par trois, et le dbit maxi horaire par treize. Lappofit induit par le ruissellement slve 9 890 m3. Lanalyse de rgression linaire indique que la surface active((

quivalente

>)

(compte tenu des dlestages existant en arnont) draine par

les branches structurantes du rseau dassainissement est de 121 ha.

De la photographie la modlisation AMODIAG i SIAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .age .19. . . . . . . . . . . . p .., ..

B Bilan dobal de vollution :Sensibilit des trou-uleins et des dversoirs dorages :

Le trop-plein du poste de refoulement Edison (branche industrielle), ainsi que le dversoir dorage implant en amont de la station dpuration, sont trs sensibles partemps sec et par temps de pluie. Pour la pluie de rfrence, les flux de pollution dlests

au milieu naturel sont significatifs, notamment pour le traceur DCO.

Pour la pluie de rfrence, sont traites par la station dpuration de Caudry :

-

23% des eaux collectes par le rseau dassainissement,

17% 34% des flux, suivant le paramtre de pollution considr.

Ce bilan nintgre pas les surverses des petits ouvrages de dlestage, non instruments.

De la photographie la modlisationAMODIAG / SIAN .......................................................................................................... page 20

4.3. Modlisation hvdrauliaue en situation actuelle 4.3.1. Raction du rseau structurant des vnements exceDtionnels

Les simulations hydrauliques HydroWorks, menes pour un faisceau de pluies rares, mettent en vidence de nombreux dysfonctionnements hydrauliques. Les principaux secteurs risques avrs de dbordements, pour la pluie dcennale, ont t identifis :

-

rue de la Gare, rue Briand et boulevard du I I Novembre 1918, rue Brossolette, rue Barbusse, rue de Saint Quentin. 4.3.2. Matrise des dversements unitaires

-

Les consquences des dversements par temps de pluie de lUnit Technique de Caudry

(dans son tat actuel) sur le milieu naturel superficiel, en loccurrence le Riot de Caudry et leRiot Mauby, ont t tudies partir du rpertoire de 50 classes de pluie, pour les traceurs de pollution DBO, et NTK. Les concentrations de leffluent ont t dtermines partir des pollutogrammes effectus pour la pluie de rfrence du 30 Octobre 2000, de priode de retour 1,5 mois.

P Le Riot de CaudrvPar temps sec, le Riot de Caudry est essentiellement aliment par le rejet de la station dpuration. Quotidiennement, sont dverss au cours deau 115 kgij de NTK et 219 kg/j de

DBO,. Par temps de pluie, le Riot de Caudry transite aussi les volumes dlests en amont deloutil puratoire. Un bilan annuel de pollution a t tabli en considrant 241 jours de temps sec et 124 jours de pluie. Ainsi sur lanne, 1 822 O00 m3 deau alimentent le Riot de Caudry, chargs de 53 tonnes de NTK et 145 tonnes de DBOS. La concentration moyenne annuelle en NTK (respectivement

en DBO,)est denviron 29 mg/l (respectivement 80 mg/l), dclassant le milieu naturel en qualit4 pour les deux traceurs de pollution considrs.

P Le Riot Mauby.Sur une anne, 60 500 m3 deau sont dverss au cours deau, avec une charge de pollution de 800 kg en NTK et 11 tonnes en DB05.

De la photographie a la modlisationAMODIAG i SIAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .age .21 . . . . . . . . . . . . p ... ..

5.

LES PERSPECTIVES5.1. Rhabilitation des collecteurs de caDacit insuffisante 5.1.1. ObiectifsLes travaux prconiss doivent permettre respectivement de :

- traiter les problmes dinondations, mis en vidence par les diffrentes modlisationshydrauliques pour un faisceau de pluies rares, en situation actuelle et en situation futureG

long terme ,

- limiter les mises en charge des rseaux structurants, pour la pluie dcennale.Les solutions tudies reposent sur les principes suivants :

-

les collecteurs de transfert doivent assurer lvacuation de la crue dcennale actuelle, plus ou moins lisse par limplantation douvrages de stockage dans le tissu urbain,

-

laugmentation des dbits deaux pluviales doit tre matrise par lapplication de techniques alternatives.

5.1.2. HvDothsesLes simulations ont t ralises partir des hypothses suivantes :

-

rduction des eaux claires parasites 450 m/j (aprs radication des fuites deau potable), prise en compte des zones dextensions (zone industrielle sur 51 hectares, zones dextension future du P.L. U. lNAb, INAc et 2NAb), intgration des projets intra-urbains (Rsidence Park Avenue, logements rue Leavers et Palais des Sports).

5.1.3. Diamostic et DerspectivesLes principales causes des insuffisances hydrauliques, pour les averses de priode de retour rare, ont t diagnostiques :

-

collecteurs structurants unitaires ou pluviaux prsentant des ruptures importantes de pente motrice, restrictions de diamtre, pentes faibles la pose.

-

De la photographie la modlisation AMODIAG / SIAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .age .22 . . . . . . . . . . . . p ... ..

Ces insuffisances peuvent tre traites par diffrents amnagements, qui ne sont pas forcment exclusifs :1) dconnexion du bassin versant en amont, avec renvoi des eaux pluviales vers le

milieu naturel,2) stockage ou crtement des eaux pluviales (bassins),3) remplacement du collecteur existant,4) renforcement par la pose de nouveaux collecteurs (confortement),

5) pour les zones dextension prvues au P.L. U. :-

techniques alternatives (bassin rservoir, chausse drainante, rtention la

parcelle...),-

limitation des dbits dapport (2lMha).

Les principales orientations proposes passent par le remplacement de collecteurs existants et la cration de bassins de stockage. Le remplacement de collecteurs est prfrable au confortement, lorsquil sagit de reprendre les branchements des particuliers (le confortement est toutefois envisageable lorsque Ies branchements e.xistants sont repris en antenne, ou si le rseau poser est sollicit uniquement en trop plein). Dautre part, certaines rues de Caudry sont actuellement draines par plusieurs collecteurs ; la pose dun nouveau rseau dassainissement pourrait savrer difficile, compte tenu de lencombrement du sous-sol. Dans le secteur de la rue Briand et du boulevard du 11 Novembre, le remplacement (ou le renforcement) des collecteurs prsentant des insuffisances nest pas viable conomiquement, compte tenu du linaire de rseau poser et du gabarit des collecteurs (diamtres suprieurs au (PIOOO). La cration dun bassin de stockage de 4 200 m3 est donc prfrable.

Le rseau dassainissement structurant tant dj fortement sollicit par temps de pluie, les eaux pluviales de lensemble des zones dextension prvues au P.L.U. seront traites suivant des techniques alternatives.

5.2. Proiet de dviation du Riot Neuw Le Riot Neuw scoule actuellement dans de vieux ouvrages en maonnerie, btiments privs, entre la rue du Marchal Leclerc et la rue Guesde. La dviation du Riot Neuw, en domaine public, via la rue Marliot, est envisageable en posant un ouvrage cadre prfabriqu 1,5x 1,5 puis un collecteur 41 800 sur 485 ml.SOUS

des

De la photographie a la modlisationAMODIAG / SIAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . . . . . , , . . . . . . . . .age.23. . . . . . . . . p ... ..

5.3. Rduction de la DoIlution reiete au milieu naturelLa rduction de la pollution rejete quotidiennement au milieu naturel par temps de pluie se traduit par diffrents scnarios :

-

limitation des surverses au droit des dversoirs dorage (rehausse des seuils), pour les pluies frquentes, a j n de traiter les j l u x de pollution supplmentaires la station dpuration,

-

utilisation optimale de la capacit des quipements existants, stockage (ou crtement) des sur-dbits, remplacement ou confortement de collecteurs insufjsants.

Les simulations ont t ralises en sappuyant sur les hypothses suivantes :

-

production thorique deaux uses domestiques de 1O l/j/habitant, 0100 % de la population desservie par le rseau dassainissement de Caudry

et de Bthencourt est effectivement raccorde. Les principaux amnagements concernent :9 le poste de refoulement Edison et sa conduite damene :

Les effluents de la Zone Industrielle sont collects par un rseau sparatif eaux uses, qui se raccorde ensuite la tte du rseau unitaire aboutissant au poste de refoulement Edison. Dans lavenir, la refonte du poste permettra de refouler les effluents industriels directement sur le site de lactuelle station dpuration de Caudry. Sa capacit sera revue pour supprimer quasiment tout dversement en amont, jusqu la pluie dcennale. Une convention, tablie avec les industriels, permettra notamment de limiter les dbits rejets au rseau des valeurs compatibles avec le dimensionnement des ouvrages existants et projets (activit industrielle sur 5 jours de la semaine mais tamponnement des rejets sur 7jours).

9 Amnagements des dversoirs dorage : suppression des dlestages jusqu la pluiemensuelle.

P Bassin de stockage des eaux uses de temps de pluie la station dpuration de Caudry :Il sagit de stocker les eaux uses de temps de pluie qui ne peuvent tre traites en direct par la station dpuration. Ainsi, les simulations montrent quun bassin de 4 700 m3permettrait :

-

dintercepter 75 % des vnements pluvieux (soit 90 jours de pluies par an), de reprendre 45 % des volumes annuels dverss.

-

De la photographie a la modlisation AMODIAG / SIAN .......................................................................................................... page 24

5.4. La station dmration de Caudrv

> Situation future long termeLes effluents industriels seront traits par la station dpuration communale (hormis pour SICOS& CIE - Fabrication de cosmtiques, qui dispose de ses propres installations dpuration).

La filire biologique admettra un dbit Q bio de 400 m3/h (soit 11 1 Ys) ainsi dfini :

-

apport du poste Edison, aprs tamponnement : 2 1 l/s, dbit de pointe de temps sec sur le Riot Neuw : 60 I/s, vidange du bassin de pollution de 4 700 m3 : de 30 lis (sur le dbit de pointe de temps sec) 60 Ils maxi (sur le dbit moyen de temps sec).

>Rhabilitation du site

Les ouvrages de lactuelle station dpuration permettront de tamponner les effluents refouls par le nouveau poste Edison et limiter le dbit 21 Ys (dbit de fuite correspondunt au dkbit moyen de temps sec, issu de cette branche).

> Transfert des effluents vers BeauvoisLe((

poste gnral )> de transfert des effluents vers la future station dpuration, qui serabio.

construite sur le territoire de la commune de Beauvois, permettra dvacuer le dbit Q conduite de refoulement longeant le Riot de Caudry.

La

liaison hydraulique, entre lactuelle station dpuration et le nouveau site sera assure par une

>Premire auuroche de dimensionnement

de la future station dt;r>urationde CAUDRY

La capacit de la future station dpuration sera dimensionne de manire pouvoir traiter les flux de temps sec et de temps de pluie suivants :

Dsignation 1 Dbit

Temps sec 4 600 m3/i

1 I

Temps de pluie 9 600 m3/i

De la photographie a la modlisationAMODIAG / SIAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .age .25 . . . . . . . . . . . . p ... ..

5.5. Protection hvdraulique des collectivits en aval de Caudrv Lors des reconnaissances de terrain, les sections apparaissant comme les plus critiques ont t releves in situ. Lapplication de la relation de Manning-Strickler permet de calculer le dbit capable correspondant :

Dbit capableSection critique

Riot de Caudry4,05 m3/s

Erclin []6,13 m3/s

ry.

Afin de limiter les risques dinondations sur les communes en aval de Caudry, le dbit maxi instantan transit par le Riot de Caudry sera limit 4 m3/s. Actuellement, le dbit dlest en amont de la station dpuration de Caudry, pour une pluie dcennale, slve 11 m3/s.

Un bassin de tamponnement dune capacit de 15 O00 m3devra tre amnag pour crter cetapport pluvial. Louvrage sera pourvu dun dbit de fuite de 4 m3/s.

De la photographie a la modlisation AMODIAG / SIAN ......................................................................................................page 26

Inondation et Gestion de la ville par temps de pluieColloque des 15 et 1 Novembre 2001 6

Mise en place dun rseau de pluviographes :

la dmarche de Lille Mtropole Communaut UrbaineClaire MOUILLET Lille Mtropole Communaut Urbaine - Direction Eau et Assainissement - Service Traitement des eaux uses - Unit Mtrologie

RsumLa connaissance de la pluie est un lment fondamental pour ltude et la comprhension du fonctionnement du rseau dassainissement. Dans cette optique, Lille Mtropole Communaut Urbaine ( 87 communes, 612 km2, 1,l millions dhabitants) a dcid en 1992 de mettre en place un rseau de pluviographes sur son territoire. Elle a dabord opte pour des pluviographes augets basculeurs, technique la plus rpandue cette poque. Puis, en 1999, pour largir son rseau et la qualit des donnes recueillies, lensemble des pluviographes augets a t remplac par des pluviographes pese. Cet article prsente la dmarche globale de mise en place dun tel rseau.

SummaryThe knowledge of the rain is a fundamental element for the study and the comprehension of the working order of the purifying network. Accordingly, the Communaut Urbaine de Lille, major French rnetropolis of 612 km2 decided in 1992 to set up a network of rain-gauges on its territory. It has first chosen tipping bucket rain-gauges, the technique most widespread at that tirne. Then, in 1999, to widen its network and the quality of the data collected, al1 of the tipping bucket rain-gauges was replaced by rain-gauges using the weighing principle. This article presents the total step of installation of such a network.

Int roduct ion

Lille Mtropole Communaut Urbaine regroupe 87 communes sur 612 km2. Sa population est de 1,l millions dhabitants dont 40 O? se concentre dans quatre villes principales : Lille, Roubaix, Tourcoing et Villeneuve dAscq. Le territoire de la Communaut Urbaine de Lille comprend 23 aqalomrations dassainissement au sens du dcret du 3 juin 1994 dont 8 produisent une charge polluante organique suprieure 15000 eh : Armentires, Comines, Halluin, Houplin Ancoisne, Marquette lez Lille, Neuville en Ferrain , Villeneuve dAscq et Wattrelos. Les eaux uses sont collectes par un rseau dassainissement de plus de 3000 km, en gnral de tvrse unitaire. Plus de 420 dversoirs doraqe sont amnags le long du rseau pour vacuer les surplus deaux pluviales vers le milieu naturel. La prise en compte des eaux pluviales fait donc partie intgrante de la gestion en terme dassainissement. Laccroissement de la population engendre une augmentation dune part du volume des eaux uses et dautre part de lurbanisation. Cette dernire, constamment croissante, entrane une impermabilisation des sols et des volumes deau ruissels toujours plus importants. Cette situation est aggrave par lvolution actuelle de la pluviomtrie. Le rseau subit donc de plus en plus les vnements pluvieux et peut engendrer des dbordements localiss en cas de fortes pluies.

Secrtariat du Colloaue Agence de LEauArtoi-Picardie - Centre Tertiaire de LArsenal- 200. rue Marceline - B.P. 818 - 59508 Douai Tl. 03 27 99 90 O0 - ax 03 27 99 90 15 - http://www.eau-artois-picardie.fr

La connaissance de la pluie est un lment fondamental pour ltude et la comprhension du fonctionnement du rseau dassainissement de Lille Mtropole Communaut Urbaine. Lexploitation des donnes pluviomtriques est une aide prcieuse pour la comprhension du comportement du rseau dassainissement, pour le dimensionnement des ouvrages dassainissement, pour lapprhension des dversements de temps de pluie vers le milieu naturel et pour le calage des modles de simulation. A terme, les donnes pluviomtriques permettront dtablir des statistiques locales spcifiques au territoire de la Communaut Urbaine de Lille. Pour dfinir une pluie, il est ncessaire de mesurer la quantit deau tombe au sol durant une certaine dure. Cette mesure est difficile, car on chantillonne une fraction minuscule de la pluie tombe sur une surface tudie de plusieurs km2. De plus, lappareil en lui-mme engendre des perturbations de la circulation du vent qui peuvent modifier les prcipitations. On retiendra donc, que la mesure de la pluie est une mesure relative. Cet article prsente la dmarche de mise en place dun rseau de stations de mesure pluviomtrique de 1992 aujourdhui. 1 Premire tape 1992-1997 : Mise en place dun premier rseau de 16 pluviographes augets basculeurs 1.1 Mise en place du rseau

1.1.1 Chronologie des mises en service La Communaut Urbaine de Lille a augment son rseau de pluviographes progressivement partir de 1992 jusquen 1997 (Cf. Tableau n1 et Figure nol). La technique augets basculeurs a t adopte dans un premier temps. Cest la technologie la plus rpandue et la mieux connue lpoque : simple, relativement peu coteuse avec de nombreux quipements denregistrement et logiciels de traitement de donnes existant sur le march.

1

Mise en service des pluviographes

1

Tableau n o l : Liste des stations de mesure pluviomtrique et leur date de mise en service.

2

Figure n"1 : Carte de localisation des 16 pluviographes a augets basculeurs (dcembre 1998)

1.1.2 Conditions d'implantation d'un pluviographe 1.1.2.1

Le site d'implantation

Le site d'implantation d'un pluviographe doit rpondre un certain nombre de critres :

O Critres permettant une bonne reprsentativit de la mesure :

- terrain plat ;-

sous les vents dominants ; une distance au moins gale 4 fois la hauteur des obstacles environnants (arbres, btiments.. .) pour viter une modification du champ pluvieux.

-

O Autres critres : site appartenant la Lille Mtropole Communaut Urbaine ; site protg au mieux contre le vandalisme.

Le plus souvent, le choix du site est un compromis entre ces diffrents critres en raison de la forte urbanisation du territoire de la Communaut Urbaine de Lille.

3

1.1.2.2 Prcautions dinstallation Pour linstallation du pluviographe en lui-mme, quelques rgles doivent tre respectes pour plusieurs raisons :

- fixation sur un socle en bton ; - la base du cne de rception doit tre parfaitement horizontale ;-

O Prcision de la mesure :

larte de la base du cne doit tre situe 1 m du sol (hauteur de rfrence).

O Impratifs techniques : - facilit daccs la station de mesure ; - proximit dune alimentation lectrique (220 V) et dune ligne tlphonique.

1.2

Principe de fonctionnement dun pluviographe augets basculeurs

Le pluviographe augets basculeurs comprend :

-

Une partie captante comprenant un cne de rception avec une surface rceptrice de IO00 cm2 et un ajutage calibr. Une partie rceptrice : les augets de mesures. Ils sont disposs symtriquement par rapport un axe de rotation horizontal.

Leau capte par la surface rceptrice est achemine via lentonnoir vers un auget. Lors du remplissage, le centre de gravit se dplace jusqu dpasser la verticale de laxe de rotation. Lensemble bascule alors, Iauget plein se vide et lautre se met en position de remplissage (Cf. figure n2). Les augets sont tars pour quun basculement corresponde 20 g deau, soit 0,2 mm pour une bague rceptrice de 1000 cm2. Une crpine mtallique place au fond du cne de rception empche lintrusion dobjets (feuilles, plumes.. .).

4

ARHVEE DE LEAU CAPTEE

CONE COLLECTEUR

AJUTAGE

BUTEE

PIVOT

BUTEE AUGET EN COURS DE VIDANGE

Figure n2: Mouvement dun pluviographe augets basculeurs

-

Comptage des basculements Les basculements des augets sont convertis en impulsions lectriques grce un dispositif mcanique coupl aux augets : une ampoule de mercure permet de fermer un contact lectrique. Les impulsions lectriques sont enregistres et horodates par une centrale dacquisition de donnes. Maintenance des pluviographes augets par LMCU

1.3

Les pluviographes augets sont des appareils ncessitant une surveillance, une vrification et une maintenance rgulire. Lajutage de faible diamtre est un point critique. En effet, la moiti des pannes est due au colmatage de la crpine et de Iajutage.

Contrle hebdomadaire II consiste en un nettoyage complet du pluviographe : - dbouchage ventuel du cne et de la crpine (insectes, feuilles.. .) ; - nettoyage du cne de rception (poussires, djection doiseaux) : une surface sale retient les gouttes ; - nettoyage des augets avec soin sans drglage des vis et du mcanisme de basculement ; vrification des voies dcoulement et dvacuation. 5

Contrle trimestrielLa procdure de contrle consiste vrifier le tarage des augets en faisant couler avec prcision une litre deau dans le cne, et en comptabilisant le nombre total de basculements. Pour notre type de pluviographe, on doit totaliser 50 basculements +/- 2. Dans le cas contraire, on doit procder un rvision de lappareil cest dire un tarage des augets. La maintenance trimestrielle comprend galement un entretien des parties mcaniques.

Contrle annuelUn entretien complet en atelier 1.4 Inconvnients rencontrs par LMCU

1.4.1 Inconvnients fonctionnels-

-

Lourdeur de lentretien (Cf. 5 1.3 ) ; Difficult de rglage de lappareil : un pluviographe augets doit tre talonn avant son installation sur site et vrifi une fois par trimestre ; Problmes mcaniques : mauvais pivotement, points durs mcaniques ; Prsence accidentelle dinsectes dans le mcanisme pouvant conduire un blocage des augets ; Possibilit de fuites ; Pas dalarmes sur le pluviographe.

1.4.2 Inconvnients sur la qualit de la mesure0

Sous-estimation de la mesure Quelques gouttes de pluies peuvent rebondir lextrieur du cne de rception (cette perte est infrieure 2%) Linertie de lappareil durant le basculement (environ 0,5 seconde) engendre un suremplissage de Iauget non comptabilis dans la mesure, surtout pour des intensits suprieure 50 mm/h qui correspondent une alimentation continue des augets ; Lappareil perturbe le champ de vitesse du vent qui engendre un dficit de captation pouvant atteindre 10 15% pour les pluies moyennes et augmente trs vite avec la vitesse du vent ; Rtention de gouttes la surface du cne (entre 15 et 20 g pour une surface de 1000 cm2)ou au niveau de la crpine (jusqu 20g) ; Lvaporation des gouttes retenues la surface du cne et de leau contenue dans les augets entre 2 pluies Mesure discontinue6

-

-

-

0

2

Seconde tape 1999-2000 : Mise en place d'un nouveau rseau de 20 pluviographes pese

Une tude comparative a conduit LMCU remplacer durant l'anne 1999, les 16 pluviographes auget basculeurs des pluviographes pese. De plus, 4 nouveaux pluviographes ont t ajouts au rseau existant. 2.1 Mise en place du rseau de pluviographes

2.1.1 Etude prliminaire En 1997, Lille Mtropole Communaut Urbaine a procd une tude comparative de la technique de mesure augets basculeurs et pese. Pendant 2 mois, deux pluviographes ont t installs en parallle sur le site de Salom. Cette tude a conduit l'Unit Mtrologie opter pour le pluviographe pese en particulier pour une meilleure qualit de la mesure et une maintenance trs rduite. 2.1.2 Localisation Les 20 pluviographes sont rpartis Uniformment sur l'ensemble de la Communaut Urbaine de Lille (Cf. Figure n"3 et Tableau n"2). La surface affecte chaque pluviographe est attribue selon la mthode des polygones de Thiessen. Ainsi, la surface moyenne couverte par un pluviographe est de 31 km2.

Figure n"3: Carte de localisation des pluviographes pese (octobre 2001) 7

COMMUNE

SUPERFICIE DU POLYGONE DE THIEssEN( ha)

LOCALISATION

Usine Triselec

Lotissement de la Viscourt Linselles

Chteau deau Station dpuration de Wattrelos HOUPLINES Station dpuration de Comines-Ploegsteert Marquette9 1

PILATERIE

1 11

2666

Bassin dorage de la Z.I. de Wasquehal table

77

I

LILLE

2515

Station de pompage des Bateliers nt de L Station dpuration de Villeneuve dAscqchin

1

Bassin dorage Vauban Chteau deau S.E.N.~~

Forage dEmmerin tion Malborough79

I

SECLIN

1

1877

Hpital de Seclin

Tableau n2 : Liste des stations pluviomtriques de la Communaut Urbaine de Lille (octobre 2001)

8

2.2 Principe de fonctionnement d'un pluviographe pese Les prcipitations sont captes dans un vase collecteur. L'ensemble est pes par une balance lectronique haute rsolution (Cf. Figure n"4 et Figure n"5). Chaque incrmentation de masse correspond une incrmentation de hauteur d'eau prcipite. On effectue ainsi une mesure de la pluie en continu. Un train d'impulsion horodat est enregistr toutes les minutes par temps de pluie et toutes les heures par temps sec. Une impulsion correspond 2 g soit 0,l mm.

Arrive de l'eau capte Vase collecteur

Arrive de l'eau capte

Capot de protection

Balance lectronique de prcision

l

Socleenbton

I

Figure n"4 : Schma d'un pluviographe pese

Les prcipitations solides et liquides sont prises en compte.9

vase COIllecte:ur

Figure n5 : Photo dun pluviographe pese

2.3

Gestion des

capot

f

systi!me de Fies I

dysfonctionnements par LMCU Le pluviographe est reli un automate de tlgestion. Ce dernier a pour rle lacquisition des donnes et la tlsurveillance du site. En cas de dysfonctionnement (tension secteur, vandalisme.. .), le pluviographe envoie via lautomate un message sur Ialphapage du technicien. Le message reprend le type de dysfonctionnement et le nom du site. Ce systme permet une intervention rapide sur les sites.

2.4

Maintenance des pluviographes pese par LMCU

Sur ce type dappareil, la maintenance est trs simple. Elle consiste en une vidange et un nettoyage du vase collecteur. Cet entretien est effectu une fois par mois et selon la pluviomtrie. Une fois par an, on doit procder un talonnage de la balance au moyen de masses talons.10

2.5

Avantages constats par LMCU Avantages fonctionnels

2.5.1

2.5

Avantages constats par LMCU

2.5.1 Avantages fonctionnels-

-

Pas de risques de colmatage ; Maintenance rduite ; Possibilit d'alimentation par batterie.

2.5.2 Prcision de la mesure-

-

Mesure continue avec un pas de temps variable (1 minute pour temps de pluie et 1 heure pour temps sec) ; Pas de drive pour les fortes intensits (cas des orages d't) ; Prise en compte des prcipitations solides. Rapatriement des donnes

2.6

Le rapatriement des donnes est ralis grce un logiciel qui gre l'automate depuis un poste informatique, via un modem (Cf. Figure n"6). L'appel de l'automate est ralis par le technicien au minimum 2 fois par semaine et en cas de fortes pluies la demande.

COMMUTE3

Figure n"6 : Schma du rapatriement des donnes

11

Le fichier brut rcupr comprend les informations suivantes : nom du site, date, heure et hauteur deau dans le pluviographe (hauteur deau cumule). La capacit darchivage sur site est de 5000 enregistrements, soit plus de 3 jours pour un pas de temps de 1 minute.

2.7

Tableau comparatif dun pluviographe augets basculeurs et dun pluviographe pese tabli par LMCUPluviographe a augets basculeurs Pluviographe pese lectronique

Pese des prcipitations grce une balance Principe de mesure haute lectronique rsolution Mesure en continue. Impulsions Numrique avec une Signal de sortie rsolution de 25 O00 points Surface du cne de rception Rsolution 0,lmm (2g) pour = 1000 cm2 une plage de mesure de 250 Contenance dun auget = 20 g mm(5kg). Basculement = 0,2 mm Caractristiques Systme de compensation des tempratures interne garantissant le signal de sortie. Dficit de captation Dficit de captation Traitement informatique permettant de filtrer les effets Effet du vent sur lappareil du vent susceptibles de fausser les signaux des Prcbitations. Nettoyage complet du Vidange et nettoyage du vase collecteur ; pluviographe (cne, crpine, Contrle visuel des augets.. .) ; mcanismes transmetteurs el Contrle du tarage des Mainte nance vrification de la chane de augets ; Vrification des pices mesure. mcaniaues Renvoi dalarmes c Pas dalarmes envoyes lautomate (dfaut capot. directement du pluviographe T lsurveiIlance problme alimentation) Sensible aux phnomne: mcaniques externes (ex vibrations, passage de Sensibilit / aux perturbations camions de chantier locales proximit dune voie ferre collecteur SOUS terrain . . .) 25000 FHT 10000 FHT Cot du pluviographe

Remplissage alternatif de 2 augets et comptage des basculements de vidange Mesure discontinue

12

2.8

Exploitation des donnes pluviomtriques par LMCU

2.8.1 Traitement des donnes pluviornetriques (Cf. Figure n"7)

Le fichier de donnes brutes est traite par une macro sous Excel. On obtient un fichier d'impulsion trait par un logiciel pour le calcul des priodes de retour, le trac des hytogrammes et le listing des vnements pluvieux. Ces donnes sont utilises notamment pour la rdaction de ramorts d'oraqe suite des averses ayant engendres des dbordements ou des inondations localises. On obtient galement le fichier des cumuls journaliers pour l'laboration des bilans mensuels (Cf. Tableau n"3).

Pnode de retour

1

Liste des averses du mois

1

Figure n"7: Schma global de l'analyse des donnes pluviomtriques

13

2.8.2 Validation des donnes La validation des donnes se fait en plusieurs tapes par un technicien. 1- Rception et identification des alarmes en cas de dysfonctionnement 2- Visualisation des courbes d'volution de la lame d'eau et des hytogrammes permettant de dceler des anomalies (variations brutales, comptage intempestif). 3- Comparaison des cumuls journaliers avec la moyenne des sites voisins. 4- Comparaison des donnes avec celles de Mto France issues du pluviographe de Lesquin. 2.8.3 Calcul de la priode de retour Le calcul de la priode de retour est bas sur la formule de Montana, qui dfinit l'intensit moyenne maximale. On utilise les coefficients de Montana calculs sur une priode de rfrence 1955-1999 a partir du pluviographe de Lesquin de Mto France.

____."_

Figiire n"8 : Calcul des priodes de retour par le logiciel de traitement des donries

15

3

Fonctionnement futur

Actuellement, nous tudions la possibilit de centraliser les donnes pluviomtriques et les donnes dbitmtriques sur un logiciel de supervision. Ainsi, on utiliserait un seul logiciel de traitement de donnes comportant la fois : - un module d'hydroloaie pour traiter les mesures de dbits ; - un module de pluviomtrie pour le calcul des priodes de retour, la construction des hytogrammes et la ralisation de bilan mensuel ; - un module dcisionnel pour raliser des corrlations pluie-dbit (Cf. Figure n"9).

Figure n"9 : Schma d'exploitation des donnes pluviomtriques et dbitmtriques

16

Conclusion Aujourdhui, Lille Mtropole Communaut Urbaine possde 20 pluviographes pese sur son territoire correspondant en moyenne une surface de 31 km2. Or Niemczynowicz a propos dans un rapport lOMM (Organisation Mtorologique Mondiale) la rgle empirique suivante pour limplantation de