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Comité Interafricain d'Etudes Hydrauliques B.P.369 Ouagadougou (Burkina-Faso) A

Comité Interafricain d'Etudes Hydrauliques B.P.369 Ouagadougou (Burkina-Faso) ASSAINISSEMENT PLUVIAL URBAIN EN AFRIQUE DE L'OUEST Modélisation du ruissellement (Rapport final) M. DESBORDES*, C. BOUVIER** *Laboratoire d'Hydrologie et Modélisation Université de Montpellier 2 34095 Montpellier Cedex 2 Etude financée par le Fonds d'Aide et de Coopération de la République Française ** ORSTOM 2051 av. du Val de Montferrand B.P.5045 34032 Montpellier Cedex 1 SEPTEMBRE 1990 SOMMAIRE page I.INTRODUCfION 5 II.ASPECTS GENERAUX DE L'EVACUATION DES EAUX PLUVIALES EN AFRIQUE DE L'OUEST 7 n.i CROISSANCE DEMOGRAPHIQUE EN MILIEU URBAIN AFRICAIN.......7 II.2 LES AMENAGEMENTS ACTUELS 8 II.2.1 La conception actuelle des ouvrages de drainage des eaux pluviales dans les villes d'Afrique de l'Ouest. 8 II.2.2. Contraintes de fonctionnement des ouvrages en Afrique de l'Ouest.........11 1 II.2.3. Conclusions 12 II.3. PERSPECI1VES DES AMENAGEMENTS DU DRAINAGE DES EAUX PLUVIALES DANS LES VILLES D'AFRIQUE DE L'OUEST 17 II.3.1. De l'évacuation directe aux techniques "alternatives" 17 II.3.2. Conclusions 18 III.0UTILS DE SIMULATION DU RUISSELLEMENT PLUVIAL URBAIN EN AFRIQUE 19 IIU. OUTILS DERIVES DE LA FORMULE RATIONNELLE 19 III.2. OUTILS S'APPUYANT SUR DES CONCEPTS EMPRUNTES A L'HYDROLOGIE DES ESPACES NATURELS 20 111.3. OUTILS DE SIMULATION DES HYDROGRAMMES 23 3 IV.DONNEES ET EXPERIMENTATIONS 24 IV.1. DONNEES HYDRO-PLUVIOMETRIQUES 26 IV.2. SIMULATION DU RUISSELLEMENT 27 IV.3. URBANISATION ET OCCUPATION DES SOLS 31 IV.3.1. Classification des modes d'occupation des sols 31 IV3.2. Influencedes modes d'occupation des sols sur les écoulements et leur modélisation 37 IV.3.3. Calculdes coefficientsd'occupation des sols 37 IV.4. CONCLUSIONS 42 V.MODELISATION DE LA FONCfION DE PRODUCflON 44 V.l. SCHEMATISATION DES PERTES AU RUISSELLEMENT 44 V.2. MODELES DE PRODUCflON 44 V.3. PRINCIPAUX RESULTATS DU CALAGE DES MODELES 48 VA. INTERPRETATION DES PARAMETRES DE PRODUCflON .49 VI.MODELISATION DE LA FONCfiON DE TRANSFERT 53 VlI.CONCLUSIONS 60 REFERENCES 64 ANNEXE ••• 69 4 1. INTRODUcnON Les conclusions du séminaire organisé du 20 au 25 mai 1985, par le CIEH, à Niamey, et consacré à l'assainissement dans les pays de l'Afrique de l'Ouest et du Centre, indiquaient que de nouveaux aspects de ce dernier domaine nécessitaient une approche spécifique, et ne pouvaient donc se satisfaire d'un simple "transfert de technologie ou de savoir-faire" (1)*, Ces conclusions recommandaient, notamment, la réalisation d'un programme régional d'études et d'expérimentation dont certains points étaient plus particulièrement liés au ruissellement pluvial urbain. Il s'agissait des points suivants; 9 - Maîtrise des eaux pluvialeset aménagement de bassins versants 15 - Typologie de l'habitat et ruissellement urbain 16 - Choix de la période de retour à retenir en fonction du type d'aménagement 17 - Exploitation des données sur le ruissellement urbain du CIEH. A l'issue du séminaire fut alors émise l'idée de la constitution d'un groupe de travail pluridisciplinaire sur le thème de la maîtrise du ruissellement pluvialdans les villesde l'Afrique du Centre et de l'Ouest (2). . Après diverses discussions et contacts en vue de la constitution de ce groupe de travail, il fut décidé de procéder à un phasage progressif des opérations. La première étape fut mise en oeuvre dès 1987 par une convention à deux niveaux. Le premier associait le CIEH et l'ORSTOM, le second l'ORSTOM et le Laboratoire d'Hydrologie Mathématique (LHM) de l'Université des Sciences et Techniques du Languedoc. La convention, dont le but général était "l'étude du ruissellement des eaux pluviales et de l'assainissement en milieu urbain africain", prévoyait la réalisation d'actions spécifiques par le biais d'avenants les précisant. La première de ces actions concernait des essais de modélisation du ruissellement pluvial dans les villes africaines, s'appuyant en particulier sur les observations, d'ores et déjà réalisées dans certaines d'entre elles, à la demande du CIEH. Le présent rapport résume l'ensemble des travaux réalisés dans cette première action, ainsi que les principaux résultats obtenus. Le lecteur trouvera des informations plus détaillées dans la thèse de Monsieur Christophe BOUVIER, Chercheur à l'ORSTOM, thèse dont ces travaux ont été l'objet (3)* et jointe en annexe au présent rapport. Seront ainsi successivement présentés au titre des travaux de cette première action: une réflexion générale sur le drainage des eaux pluviales en Afrique de l'Ouest; * Les chiffres entre parenthèses renvoient aux références in fine. 5 une analyse critique des outils disponibles pour la simulation du ruissellement pluvial urbain dans cette même région; un exposé des donnés utilisées, de leur critique en vue de l'exploitation et des campagnes de mesures complémentaires en préalable de cette exploitation; un résumé des essais de modélisation et des principaux résultats opérationnels obtenus à l'issue de l'exploitation des données disponibles. 6 II. ASPECTS GENERAUX DE L'EVACUATION DES EAUX PLUVIALES URBAINES EN AFRIQUE DE L'OUEST (pp. 17-38)· ur CROISSANCE DEMOGRAPHIQUE EN MILIEU URBAIN EN AFRIQUE La maîtrise du ruissellement pluvial urbain a été l'une des préoccupations du CIEH depuis une vingtaine d'années. En préalable au séminaire de Niamey de 1985, cet organisme avait fait établir, par un certain nombre de sociétés spécialisées et d'experts, un bilan général de l'assainissement urbain dans le contexte africain (4). Ce bilan, repris d'ailleurs lors du séminaire de Niamey (1), pouvait être considéré comme relativement préoccupant au regard des perspectives de développement des agglomérations africaines. Il indiquait, en effet, qu'à cette époque, les infrastructures d'assainissement, de même que les éléments institutionnels, administratifs ou réglementaires y ayant trait, étaient, à de rares exceptions près, en situation de retard par rapport à la croissance des secteurs urbanisés ou en voie d'urbanisation. Cette situation de retard était encore plus flagrante quant à la maîtrise du ruissellement pluvial. Loin de s'être stabilisée, la situation semble s'être aggravée depuis cette date et les perspectives de croissance des populations urbaines, résumées dans les tableaux 1 et 2 ci-après démontrent clairement l'ampleur du problème. Tableau 1 : Rapports de croissance démographique de la population urbaine dans le monde, entre 1970 et 2000. 7 Europe Amérique du Nord URSS Océanie 1,5 1,7 1,8 1,9 Asie de l'est Amérique latine Asie du sud Afrique 2,7 3,1 3,3 4,2 ... Les pages entre parenthèses renvoient à la thèse jointe en annexe. Tableau 2 : Pourcentages de population urbaine dans les pays sahéliens. Pourcentages d'urbanisation 1980 1985 2000 Burkina-Faso 7,4 10,1 12,9 Mali 18,6 24,3 30,0 Mauritanie 24,6 34,0 43,0 Niger 11,9 17,2 23,3 Sénégal 30,8 33,5 40,0 Le tableau 1, issu de prospectives de l'UNESCO (5), montre l'importance des taux de croissance des populations urbaines, attendus pour l'Afrique. Des travaux plus récents et concernant la seule zone sahélienne (6), indiquent des taux de croissance annuelle moyenne plus modérés (de l'ordre de 2 à 3 %) mais recouvrant des situations locales présentant des taux annuels de 5 à 10 %. Selon les sources de l'ONU, l'Afrique subsaharienne devraient ainsi compter, d'ici l'an 2000, 60 vines de plus de 500 000 habitants. De tels taux de croissance nécessitent non seulement l'établissement de schémas d'urbanisme cohérents et évolutifs, mais aussi de choix d'équipements d'infrastructure particulièrement souples. En matière d'assainissement urbain, et plus particulièrement d'évacuation des eaux pluviales, on peut s'interroger sur l'opportunité de transfert de concepts et de techniques élaborées dans des contextes, climatiques, socio- économiques, et de taux de croissance très éloignés de ceux rencontrés en Afrique. Il.2 LES AMENAGEMENTS ACTUELS (pp. 19-38) Il.2.1. La conception actuelle des ouvrages de drainage des eaux pluviales dans les villes d'Afrique de l'Ouest Dans la totalité des villes d'Afrique de l'Ouest, l'hygiène et l'élimination des nuisances liées à l'eau sont à l'origine du concept actuel des ouvrages de drainage, basé sur l'évacuation rapide des écoulements. Cette conception correspond à celle qui prévalait jusque dans les années 70-80 dans les pays industrialisés, et a la plupart du temps été transposée directement dans les pays africains, historiquement liés politiquement, économiquement et techniquement à l'Europe en particulier. Elle conduit à construire des ouvrages organisés sous formes de réseaux convergeant vers l'exutoire. Les ramifications des réseaux sont, en termes d'aménagement, hiérarchisées à 3 niveaux : tertiaire, pour les ouvrages assurant le drainage des bâtiments ou des pâtés de maison, 8 1. YOPOUGON - Bassin n06 2. NIAMEY - Ba in nO S 3. LOME - Bas in n°l ,.. 9 secondaire, à l'échelle d'un quartier, primaire, pour les principaux collecteurs qui recueillent les écoulements à l'échelle d'un bassin de plusieurs dizaines, voire centaines, d'hectares. Les types d'ouvrages réalisés dépendent principalement de leur modernité et des ressources fmancières des villes concernées. Leurs caractéristiques présentent les variantes suivantes: canaux, conduites ou thalwegs naturels, ouvrages à ciel ouvert (photos 1 et 3), recouverts de dalettes ou enterrés (photo 2), parois cimentées, empierrées ou naturelles, capture des écoulements par grilles de fonte, bouches verticales ou capture naturelle. La plupart des ouvrages datent de la colonisation et sont constitués par des collecteurs à ciel ouvert. Les équipements les plus modernes sont davantage orientés vers le drainage souterrain. L'orientation des collecteurs est généralement calquée sur celle des voiries. Pour la quasi-totalité des villes, les réseaux de drainage des eaux pluviales et des eaux usées sont les mêmes (réseaux unitaires). Le lecteur intéressé par les caractéristiques des aménagements en Afrique de l'Ouest en trouvera une description plus détaillée dans les rapports réalisés par le BCEOM (4) et le BETURE-SETAM (4). 11 II.2.2 Contraintes de fonctionnement des ouvrages en Afrique de uploads/Geographie/assainissement-pluvial-urbain-en-afrique-de-l-x27-ouest-pdf.pdf