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DIRECTION DEPARTEMENTALE DES TERRITOIRES DE LA LOIRE Service Aménagement et planification - Cellule Risques 2
Gier et Janon à St-Chamond
CAR TOG R APHI E APRES AM EN AG EM ENT A MO ULI N COMB AT
RAPPORT D'ETUDE
ORIGINAL
ARTELIA EAUX & ENVIRONNEMENT REM / MHL
Echirolles
6, rue de Lorraine 38130 Echirolles
Tel. : +33 (0)4.76.33.40.00 Fax : +33 (0)4.76.33.42.96
DATE : SEPTEMBRE 2014 REF : 8 41 0713 R1 ARTELIA, L’union de Coteba et Sogreah
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RAPPORT D'ETUDE
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SOMMAIRE
Objet de l’étude _______________________________________________________ I
Section 1 Modélisation et simulation des écoulements __________ 1
1. MODELISATION EXISTANTE __________________________________________________ 2
2. MODIFICATION DU MODELE EXISTANT ______________________________________ 2
3. RAPPEL DE L’HYDROLOGIE __________________________________________________ 4
4. CAPACITE DE LA COUVERTURE _____________________________________________ 4
4.1. CAPACITE DU NOUVEL OUVRAGE _____________________________________________ 4
4.2. CAPACITE AU DROIT DES OUVERTURES AVAL __________________________________ 4 4.2.1. Rue Royer de la Bastié ________________________________________________________ 4 4.2.2. Couverture GIAT _____________________________________________________________ 6
5. ECOULEMENT DES CRUES ___________________________________________________ 7
5.1. CRUE CENTENNALE _________________________________________________________ 7
5.2. CRUE MILLENALE ___________________________________________________________ 8
Section 2 Cartographies du risque inondation ___________________ 10
6. HAUTEURS D’EAU __________________________________________________________ 11
6.1. PRINCIPE _________________________________________________________________ 11
6.2. RESULTATS _______________________________________________________________ 12
7. VITESSES ___________________________________________________________________ 13
8. ALEAS _______________________________________________________________________ 13
ANNEXE 1 Cartographie ___________________________________________ 14
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TABLEAUX
Tableau 1 : Débits caractéristiques ................................................................................................................... 4
FIGURES
Figure 1 : Seuil et nouvel entonnement vus d'amont rive droite ....................................................................... 3 Figure 2 : Nouvelle entrée de la couverture ...................................................................................................... 3 Figure 3 : Plan de situation de l’entrée de couverture de la rue de la Bastié .................................................... 5 Figure 4 : Répartition des débits pour la crue millénale à Moulin Combat ........................................................ 8 Figure 5 : Répartition des débits pour la crue millénale à l'entrée de couverture du Janon ............................. 8 Figure 6 : Principe de constitution du MNSLE ................................................................................................. 12
Liste des plans en annexe
Plan 1 Cartographie des résultats en crue centennale
Plan 2 Cartographie des zones inondables en crue centennale
Plan 3 Cartographie des vitesses en crue centennale
Plan 4 Cartographie des aléas en crue centennale
Plans 5a,b et c Cartographie des résultats en crue millennale
Plans 6 Cartographie des zones inondables en crue millennale
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Objet de l’étude
La présente étude a pour objet de reprendre le modèle numérique existant des écoulements du Gier et du Janon débordants sur Saint-Chamond de façon à prendre en compte les travaux effectués consistant en la suppression d’une partie de la couverture au lieu-dit « Moulin Combat ».
Les calculs et la cartographie sont réalisés pour les crues de période de retour :
100 ans
1000 ans
Cette étude fait suite aux études conduites en 2012(1)
et 2013(2)
sur le même secteur intitulées respectivement :
Le Gier et le Janon à St-Chamond – Etude des écoulements débordant sur les couvertures
Bassin versant du GIER – Etude hydraulique du bassin versant du Gier dans le cadre de la Directive Inondation
(1) Rapport 8410036 R1-V3 de septembre 2012 pour le compte de la DDT 42
(2) Rapport 8410300 R1 d’octobre 2013 pour le compte de la DDT 42
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SECTION 1
MODELISATION ET SIMULATION DES
ECOULEMENTS
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1. MODELISATION EXISTANTE
Le modèle construit pour l’étude de 2012 (3)
traite des couvertures du Gier et de celle du Janon.
La couverture du Gier comporte plusieurs interruptions. Elles sont traitées de façon à déterminer les débits qui retournent au Gier ou qui en ressortent en chacune d’elles.
Ce modèle a été réalisé à l’aide du logiciel CARIMA (Calculs de Rivières Maillées).
CARIMA est un logiciel développé par SOGREAH et permet la modélisation d’un réseau d’écoulement à surface libre maillé et la simulation des écoulements en régime permanent ou transitoire graduellement varié.
Il permet de distinguer deux types de chenal d’écoulement :
Les chenaux toujours en eau tels les lits des rivières.
Les chenaux en eau occasionnellement tels que les lits majeurs ou zones inondables.
Pour se faire, le logiciel dispose de deux types de points de calcul :
les points dits « 1D » auxquels sont associés des sections d’écoulement (profils en travers) ;
les points dits « 2D » auxquels sont associés des volumes de stockage (« casiers »)
Des liaisons sont définies entre les points et définissent la loi hydraulique à considérer : frottement, déversement sur seuil, passage au travers d’un orifice etc.
2. MODIFICATION DU MODELE EXISTANT
La partie amont de la couverture, à Moulin Combat, intégrant la chute, a été supprimée lors de travaux récents effectués pour le compte de la Mairie de St-Chamond, de façon à améliorer l’entonnement dans la partie aval du fait d’écoulements optimisés sur le seuil.
Les photographies suivantes montrent l’état lors de la reconnaissance de terrain du 31 juillet 2014.
Le seuil est biais et offre une largeur de 11,37 m selon le modèle HECRAS du bureau d’études HTV.
3 Rapport 8410036 R1-V3 de septembre 2012 pour le compte de la DDT 42
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Figure 1 : Seuil et nouvel entonnement vus d'amont rive droite
Figure 2 : Nouvelle entrée de la couverture
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3. RAPPEL DE L’HYDROLOGIE
Les études précédentes ont permis d’établir les débits caractéristiques suivants en différents points du Gier et du Janon.
4. CAPACITE DE LA COUVERTURE
4.1. CAPACITE DU NOUVEL OUVRAGE
D’après les mesures effectuées et les documents à notre disposition (modèle HecRas HTV et plan Profils topo _ MAJ du 14 07 09.dwg), le sommet du mur en L est à la cote 406.68 m IGN69 sur une longueur de 3 m. La route est définie à partir des levés topographiques de 2012 et du Lidar de 2013.
Les calculs effectués en régime critique montrent que :
La crue centennale s’écoule intégralement sous la couverture (auparavant 29 m3/s
débordaient).
En crue millénale, 25 m3/s débordent sur le mur et sur la route (auparavant 82 m
3/s
débordaient).
Le gain est donc important.
4.2. CAPACITE AU DROIT DES OUVERTURES AVAL
Nous avons repris le modèle HecRas pour déterminer ce qui se passe au droit des deux autres ouvertures de la couverture.
4.2.1. Rue Royer de la Bastié
La couverture s’interrompt, environ 100 m en aval de la rue de la Poste. Le Gier reste alors découvert sur un linéaire de l’ordre de 560 m.
Des 25 m3/s débordant pour la crue millénale, il retourne au Gier 11 m
3/s ce qui porte le débit dans
le lit du Gier à 140 m3/s (par rapport aux 154 m
3/s du débit millénal en cet endroit).
La couverture reprend en amont de la rue Royer de la Bastié (couverture dite « couverture GIAT »). Le débit millénal à cet endroit est de 161 m
3/s.
Période de retour (ans) : 100 1000
Gier à Moulin Combat 92 151
Janon entrée de couverture 96 156
Débits caractéristiques (m3/s)
Tableau 1 : Débits caractéristiques
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Les calculs conduits avec le modèle HecRas montrent que la crue centennale s’entonne sans problème dans la couverture (99 m
3/s).
En revanche, pour la crue millénale et du fait de la mise en charge de la galerie, ce sont 132 m3/s
qui entrent dans la galerie. Il y a donc 15 m3/s qui débordent en supplément des débits déjà
débordants.
Figure 3 : Plan de situation de l’entrée de couverture de la rue de la Bastié
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4.2.2. Couverture GIAT
Une trouée existe au sein de la couverture GIAT au droit d’un seuil dans le lit du Gier.
Les murs qui l’entouraient ont été supprimés en 2012 (cf rapport 8410036 R1 paragraphe 1.4.3.3 page 7).
Compte tenu de la mise en charge en crue millénale, la capacité de la couverture est de 135 m3/s.
Il retourne donc 3 m3/s au Gier pour cet événement millénal.
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5. ECOULEMENT DES CRUES
5.1. CRUE CENTENNALE
Seul donc le Janon déborde.
Rappelons les conditions de débordement établies lors de l’étude de 2012.
14 m3/s s’écoulent sur la voirie (boulevard Waldeck Rousseau) bien en amont de la couverture et 7
m3/s débordent au droit de la couverture ce qui totalise 21 m
3/s s’écoulant dans la rue en aval de la
couverture. Par ailleurs, 14 m3/s débordent vers la rue du président Wilson.
Ce sont donc au total 35 m3/s qui s’échappent du Janon.
Le débit de premier débordement sur la route se situe autour de 45 m3/s. De légers débordements
sont intervenus lors de la crue de 2008 (période de retour comprise entre 10 et 20 ans).
Les niveaux et débits résultants font l’objet du plan n°1 en annexe.
Les écarts de niveaux entre la situation actuelle et l’ancienne situation sont indiqués en chacun des points de calcul.
La suppression des débordements du Gier à Moulin Combat induit :
La suppression de l’inondation de la rue de la République.
Un abaissement des niveaux de 12 à 14 cm sur le boulevard François Delay.
Plus en aval (Quai de la Rive, rue Asile Fournas, rue du Garat), un abaissement compris entre 2 et 6 cm.
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5.2. CRUE MILLENALE
Au niveau de Moulin Combat, la répartition est donc la suivante :
Celle à l’entrée de la couverture du Janon est la suivante :
Figure 4 : Répartition des débits pour la crue millénale à Moulin Combat
Figure 5 : Répartition des débits pour la crue millénale à l'entrée de couverture du Janon
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Les niveaux et débits résultants font l’objet des plans n°5a, b et c en annexe.
Les écarts de niveaux entre la situation actuelle et l’ancienne situation sont indiqués en chacun des points de calcul.
La forte réduction des débordements du Gier à Moulin Combat (25 m3/s au lieu de 82 m
3/s)
induit des abaissements du niveau d’écoulement comme suit :
Environ 30 cm le long des rues principales jusqu’à la voie ferrée (rues Louis Chatin, Henri Castel et Petin Gaudet) et 40 à 70 cm sur les voies situées plus à l’ouest (sur l’axe de la couverture).
De 30 à 70 cm de Moulin Combat à la sortie de couverture, sur le boulevard François Delay.
D’une vingtaine de centimètres le long de la rue Petin Gaudet en aval et la rue Maurice Bonnevialle.
De 40 à 50 cm en moyenne sur la zone d’activité (anciennement GIAT).
Environ 20 cm sur le boulevard François Delay et la moitié amont de la rue de la République.
En diminuant sur les rues situées en contre-bas (15 cm puis 5 cm dans l’axe de la couverture du Janon)
En aval de la rue de l’Hôtel de Ville, de 8 cm en moyenne.
De 1 cm en aval de la sortie de couverture.
oOo
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SECTION 2
CARTOGRAPHIES DU RISQUE INONDATION
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6. HAUTEURS D’EAU
6.1. PRINCIPE
Cette cartographie est effectuée à partir des résultats des calculs précédents.
Les niveaux calculés aux différents points de calcul sont utilisés pour générer un modèle numérique de la surface libre en eau (MNSLE).
Nous avons repris le modèle numérique de terrain (MNT) généré lors de l’étude de 2013 à l’aide de la topographie LIDAR.
Les hauteurs d’eau sont déterminées à l’aide d’un logiciel SIG (MapInfo – Vertical Mapper) par différence entre les deux modèles numériques.
Pour réaliser le MNSLE, ARTELIA dispose d’outils particuliers programmés sous Mapinfo et utilisant directement les fichiers résultats du modèle numérique d’écoulement (au format CARIMA).
Le principe consiste à définir, à partir des points de calcul du modèle numérique CARIMA, des lignes équipotentielles (courbes le long desquelles le niveau est constant) et des lignes de courant (lignes le long desquelles le niveau varie linéairement entre le niveau amont et le niveau aval).
Les niveaux le long de ces lignes sont calculés en fonction des niveaux aux points de calcul du modèle CARIMA sur lesquelles s’attachent les lignes.
Il s’agit de définir une surface qui intercepte le MNT, elle doit donc s’étendre suffisamment loin pour qu’il y ait intersection avec celui-ci. Pour ce faire, nous définissons des points complémentaires fictifs au-delà du champ d’inondation auxquels nous attribuons le même niveau qu’aux points de calcul correspondants du modèle.
La figure suivante illustre la constitution de ces points complémentaires et des lignes « de contrainte » reliant les différents points (points de calcul et points fictifs) dans une situation plus complexe que celle qui est la nôtre.
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Le MNSLE étant défini, nous pouvons alors déterminer les niveaux en différents points du secteur d’étude.
Par différence entre le MNSLE et le MNT, nous avons obtenu :
Les limites des surfaces inondables
Les hauteurs d’eau selon trois (Q100) ou quatre (Q1000) classes de hauteur d’eau comme suit
6.2. RESULTATS
Les résultats font l’objet des plans 2 et 6 en annexe 1.
Les tables MapInfo correspondantes sont intitulées :
« ST-CHAMOND_2014_ISO_HAUTEURS_T100 »
« ST-CHAMOND_2014_ISO_HAUTEURS_T1000 »
Figure 6 : Principe de constitution du MNSLE
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Pour la crue centennale, on constate un écart en rive gauche du Janon du fait de l’utilisation d’une topographie plus fine.
7. VITESSES
La cartographie des vitesses est réalisée en distinguant trois classes :
Elle fait l’objet des plans n°3 et 7 en annexe 1.
Les tables MapInfo correspondantes sont intitulées :
« ST-CHAMOND_2014_ISO_VITESSES_T100 »
8. ALEAS
Ils sont obtenus par croisement des hauteurs et vitesses selon la grille suivante :
La table MapInfo correspondante est intitulée : « Gier_St_Chamond2_Aleas_v1.TAB»
La cartographie des aléas fait l’objet des plans n°4 et 8 en annexe 1.
Les tables MapInfo correspondantes sont intitulées :
« ST-CHAMOND_2014_ISO_ALEAS_T100 »
Vitesse (m/s)
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ANNEXE 1
Cartographie