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Dimensionnement d’un aménagement de gestion des inondations Cours de Sciences d

Dimensionnement d’un aménagement de gestion des inondations Cours de Sciences de l’eau Ces notes ont été rédigées conjointement par Chirstine Poulard et Etienne Leblois. Éléments de réﬂexion sur la “crue de projet” et ses limites, et sur l’éva- luation de l’efﬁcacité d’une solution. L’hydrologie risque de s’inviter dans votre future vie professionnelle; la Figure 1 montre à gauche un exemple d’inondation ﬂuviale sur voi- rie, la Figure 2 un ouvrage construit en centre-ville pour remédier à une inondation pluviale, et la Figure 3 des ouvrages de gestion des eaux plu- viales en surface, intégrés à la voirie (on peut penser aussi aux chaussées poreuses, etc.). les inondations n’hésiteront pas à s’in- viter sur la voirie et dans vos différents projets (photos INRAE). Figure 1: Inondation de parkings sur berge, la Saône à Lyon. Figure 2: Réservoir d’eau pluviale en- terré (40,000m3) près de la gare d’Eur- alille, construit pour éviter des inonda- tions sur route (passage en trémie no- tamment). Figure 3: Gestion de l’eau pluviale à la source, noues sur trottoirs, avec disposi- tifs de limitation de débit; écoquartier des rives de la Haute-Deûle, Lille Cette note présente quelques étapes-clef d’un processus de dimen- sionnement d’un aménagement de gestion des inondations, en faisant le lien entre le calcul de l’aléa (= le phénomène) et celui du risque (= ses conséquences économiques) (Figure 7). Elle contient les éléments utiles au TD Aménagement tout en vous donnant un peu de recul pour bien utiliser les recommandations que vous trouverez par ailleurs pour traiter des cas d’étude complexe (références en ﬁn de document). Pour un véritable projet, il existe d’autres difﬁcultés et d’autres élé- ments à prendre en compte : — les aspects génie civil (construction et maintenance); — les conséquences sur le transport sédimentaire et les écosystèmes; — les aspects fonciers et l’ acceptabilité par les élus, les riverains, et aussi en ville par les autres services pour les projets transversaux (eau pluviale/voirie/espaces verts...). . .; — la réglementation en général, notamment les études de danger (consé- quence d’une rupture)... Table des matières Introduction : Aléa, risque et leur représentation 2 Analyse hydrologique 5 Visualisation de la chronique, puis de l’échantillon 6 Cas A : débits maximaux annuels 8 Cas B : débits supérieurs à un seuil 9 Extrapolation de la courbe Q(T) pour les fréquences rares 10 Ajustement d’une loi à 3 paramètres 10 Méthode du Gradex 11 Compléments 11 Notion de régionalisation 11 Des quantiles à la crue de projet 11 De l’aléa au risque : rudiments de calcul économique 12 Comment calculer un dommage pour une crue? 13 gestion des inondations – cours de sciences de l’eau 2 Du coût d’un événement aux dommages moyens annualisés 14 Comment évaluer l’efﬁcacité d’un aménagement? 16 Notions d’Analyse Coût-Bénéﬁce (ACB) 17 Références 18 Méthodes : cours d’hydrologie et stats pour l’hydrologie 18 Pour aller plus loin : polycopiés classiques, PDF... 18 ... & MOOC (Massive Open Online Course ) 18 Guides méthodologiques 18 Articles techniques et scientiﬁques 19 Introduction : Aléa, risque et leur représentation L’aléa correspond à un phénomène physique aléatoire. Nous étu- dions ici les inondations par débordement de cours d’eau, mais il existe d’autres causes : inondations par ruissellement, par remontée de nappe, par débordement de réseaux d’assainissement ainsi que par submersion marine. Plusieurs approches sont possibles pour caractériser l’aléa inonda- tion; le rendu passe généralement par une cartographie, comme par exemple : Une carte de diagnostic d’aléa probabi- liste repose sur des hypothèses : — type d’aléa (débordement de cours d’eau, ruissellement?); — cours d’eau modélisé (tous ou seule- ment le principal); — ouvrages existants : pris en compte ou non : dans le 2e cas, on cartogra- phie alors un aléa de référence natu- rel. On peut aussi les inclure dans la modélisation mais en testant des scé- narios de rupture (brèches); — précision (selon les données dispo- nibles et la méthode déployée). . . Pour interpréter correctement une carte, le titre et la légende sont importants mais insufﬁsants : il faut consulter tous les documents disponibles (rapport, pages internet liées à la page de la carte. . .). — une carte montrant les limites d’une ou plusieurs crues historiques (Figure 4 et Figure 5) ou leur enveloppe (Plus Hautes Eaux Connues); — une carte délimitant le ou les lits majeurs des rivières (analyse géo- morphologique) — une carte construite à partir d’une estimation probabiliste des zones inondées (=emprise inondée en moyenne tous les X années. . .), né- cessitant au préalable une analyse statistique des débits. La Figure 6 présente un exemple de carte d’aléa d’un Territoire à Risque Impor- tant d’Inondation (TRI). Sur ces TRI, déﬁnis par la France pour hié- rarchiser le risque conformément à la Directive Inondation de 2007, des cartes d’aléa doivent être établies pour trois périodes de retour, dont la centennale. Le Ministère chargé de l’Environnement a choisi comme période de retour pour les deux autres d’une part entre 10 à 30 ans et d’autre part entre 100 à 300 ans, notées respectivement sur la carte fréquente et extrême. Le risque inondation est déﬁni dans la Directive Inondation comme étant une combinaison de l’aléa et de la vulnérabilité aux inonda- tions. Cela correspond aux conséquences sur le territoire pour les per- sonnes, les activités économiques, l’environnement et le patrimoine gestion des inondations – cours de sciences de l’eau 3 Figure 4: Carte des crues historiques de la Seine à Paris, Belgrand (Directeur du service hydrométrique du bassin de la Seine de 1854 à 1878) Figure 5: Zonage de la crue historique de 1910 de la Seine et des conséquences actuelles sur l’alimentation électrique (EDF-GDF) gestion des inondations – cours de sciences de l’eau 4 Figure 6: Carte de synthèse du Terri- toire à Risque Important d’Inondation de Lyon, cours d’eau Rhône, planche 11.Carte : http://www.rhone-mediterranee. eaufrance.fr/docs/dir-inondations/ cartes/lyon/TRI_LYON_CE_SYNTHESE. pdf et son rapport : http://www.rhone-mediterranee. eaufrance.fr/docs/dir-inondations/ cartes/lyon/TRI_LYON_RAPPORT.pdf culturel 1. La carte de la Figure 5 établie par EDF-GDF en 2003 montre 1. https ://www.ecologique- solidaire.gouv.fr/sites/default/ﬁles/EPRI- Principaux-resultats_120712.pdf par exemple que les zones impactées ne se limitent pas aux zones inon- dées : les inondations vont couper les voies de circulation, mais aussi les réseaux électriques, perturbant les activités au-delà de la zone sub- mergée. Si on suppose que l’on peut traduire toutes les conséquences des inondations en termes de dommages monétarisés, on peut quantiﬁer le risque et l’exprimer en euros. Dans une plaquette intitulée Evaluation préliminaire des risques inondations de 2011, le Ministère chargé de l’Environnement présente trois chiffres de dommages sur le même territoire : — pour une crue historique prise comme référence : Une crue de la Seine de type 1910 pourrait coûter de l’ordre de 30 à 40 milliards d’euros.; — une moyenne annuelle des dégâts constatés sur une longue pé- riode : Sur les 30 dernières années, le coût moyen des dommages assurés est estimé à environ 400 millions d’euros par an. Mais nous n’avons pas connu d’événement majeur sur cette période.; — estimation prenant en compte toute la gamme des crues : En pre- nant en compte les événements majeurs, le coût moyen annuel des inonda- tions pourrait être de l’ordre de 1 à 1,4 milliards d’euros par an.. Ces différents chiffres nous permettent de réﬂéchir à la façon de pré- senter le risque : le chiffre pour un événement est impressionnant, mais est à relativiser par sa probabilité; de plus, d’autres crues plus mo- destes peuvent également causer des dégâts. Intégrer les dommages constatés sur une longue période est intéressant, mais le chiffre va dé- pendre là aussi du nombre d’épisodes d’inondation subis, et ceux-ci gestion des inondations – cours de sciences de l’eau 5 sont par nature aléatoire. Enﬁn, les mathématiques nous permettent une évaluation objective des dommages moyens annualisés, avec la notion d’espérance mathématique des dommages. Pour cela, il faut calculer les dommages pour différentes probabilités. Nous détaillerons le principe de ces calculs dans la note; la méthodologie est développée dans le guide du Commissariat Général au Développement Durable (2018), dans le cadre d’une analyse multicritères (dont les dommages ne sont qu’un aspect). La Figure 7 résume une démarche classique d’établissement de cartes d’aléas probabilistes sur un tronçon, reposant sur des crues de projet supposées représentatives chacune d’une période de retour. Dans la suite, nous détaillerons chaque étape et reviendrons sur la déﬁnition d’une crue de projet. Figure 7: Principe d’un calcul classique d’aléa probabiliste, pour trois périodes de retour (T1, T2, T3), avec 2 scéna- rios (en haut : sans digue, en bas, avec digue), avec estimation des coûts des dommages. 1. Etape hydrologique : le régime des crues Q(T) (avec Q le débit et T la période de retour), est estimé via une analyse hydro- logique statistique. Les quantiles de dé- bit servent à construire un jeu d’hydro- grammes de crue supposés représenta- tifs chacun d’une période de retour déter- minée 2. Etape Hydraulique : routage de ces hy- drogrammes dans un modèle hydraulique pour obtenir les zones inondées de ré- férence puis, le cas échéant, en intégrant un aménagement dans le modèle uploads/Geographie/ notesdecourstd-gestiondesinondations2020.pdf