Hydraulique urbaine
L'hydraulique urbaine traite essentiellement de la problématique de conception des réseaux d'évacuation des eaux pluviales en milieu urbain. Cet article porte sur les aspects techniques, voir aussi l'approche institutionnelle dans assainissement.
Il est à noter que, pendant plusieurs décennies, les concepteurs n'ont eu d'autre préoccupation que d'évacuer les eaux plus loin et donc de construire des réseaux toujours plus gros, plus longs et accompagnés d'ouvrages de plus en plus complexes et donc fragiles.
A cette approche lourde, tend à se substituer une logique plus durable dans laquelle on essaie de gérer les eaux de pluie à la source, en privilégiant l'infiltration et en multipliant les zones de rétention. Cette démarche s'applique à la fois en zone urbaine et en zone rurale o๠l'évolution des pratiques agricoles (pas seulement le remembrement) est à l'origine de ruissellements mal maîtrisés.
Il n'en demeure pas moins nécessaire de construire des réseaux et donc de les calculer "au mieux", c'est-à -dire en conciliant les aspects techniques et financiers mais également l'impact humain d'un débordement éventuel. C'est, à la base, un calcul de risque analogue à celui auquel l'assureur se livre lorsqu'il veut déterminer le montant des primes.
La démarche comprend trois étapes successives,
- détermination de la pluie de référence,
- appréciation du ruissellement,
- modélisation du réseau et calcul des ouvrages.
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2 Le ruissellement 3 La modélisation |
C'est la pluie, par son caractère aléatoire qui introduit la notion de risque évoquée plus haut. Sa mise en équation repose sur une analyse statistique. Encore faut-il disposer de données en quantités suffisantes.
En France, les données les plus anciennes proviennent des observatoires météorologiques de Paris Montsouris et Montpellier équipés à la fin du XIXe siècle. En toute logique, les données disponibles sont donc encore insuffisantes pour quantifier les pluies de période de retour centennales. Ailleurs, les données sont beaucoup plus récentes et proviennent pour l'essentiel des aérodromes qui se sont développés dans les années 50 seulement (et qui ne sont pas forcément représentatifs du climat de la zone urbaine voisine).
Diverses formules ont été établies pour schématiser la pluie. Une des plus anciennes est celle de Grisollet i= 43 / (T + 10) qui donne l'intensité i de la pluie à Paris en mm/mn en fonction de la durée T de l'épisode. On lui préfère désormais celle de Montana de la forme i = aTb car elle se prête mieux aux équations linéaires.
L'instruction technique INT 77284 distingue trois grandes régions climatiques pour la France et fournit les paramètres correspondant aux périodes de retour 5, 10 et 20 ans. Des valeurs régionales sont aussi disponibles.
Il s'agit d'appréhender la "réponse" du terrain à la pluie. En zone rurale, l'exercice est particulièrement difficile puisqu'il faut prendre en compte la capacité d'infiltration des sols, éminemment variable selon le degré d'avancement des cultures et la pluviométrie dans les jours précédents.
En zone urbaine "normalement" dense, on se contente généralement de travailler à partir de coefficients d'imperméabilisation (pour le calcul du débit de pointe) ou de coefficients d'apport (pour le calcul des bassins de retenues).
La formule de base est Q=CiA o๠Q est le débit, i l'intensité de la pluie et A la surface. Toute la difficulté consiste à choisir la bonne durée de pluie, celle qui conduit au débit maximum. Trop courte, elle ne mobilise pas toute la surface d'étude. Trop longue, elle minimise l'effet de pointe.
Il existe diverses méthodes plus ou moins sophistiquées selon les moyens de calcul dont on dispose et surtout selon la qualité des données que l'on peut y introduire.
Le développement de l'informatique a permis de développer des logiciels qui calculent pas à pas le comportement du réseau. On peut ainsi rechercher par itérations successives la pluie qui conduit au meilleur résultat. Encore faut-il que le gain de précision obtenu en modélisant finement les écoulements (équations de Muskingum ou Barré de Saint-Venant) ne soit pas compromis par des données de terrain insuffisamment précises.
Ces méthodes doivent obligatoirement être accompagnées d'un calage des paramètres donc de mesures de terrain (débimètres, pluviomètres)
Dans les cas simples, les méthodes simplifiées comme celle décrite dans l'instruction technique déjà citée sont tout à fait acceptables, dès lors que l'on garde à l'esprit leur limitations. Il s'agit de l'actualisation de la formule de Caquot utilisée en France dès 1947.
Par exemple Q = 1,43 I0,29 C1,20 A0,78 donne le débit décennal Q en m3/s pour la région parisienne. A condition que la pente I soit comprise entre 0,2% et 5%, que le ruissellement C soit supérieur à 20%, que la surface A ne dépasse pas 200 hectares et que le site étudié ne soit pas trop allongé.La pluie
Le ruissellement
La modélisation
Le réseau
On s'intéresse au débit de pointe qui détermine le diamètre de la conduite. La pluie à prendre en compte, pour une période de retour donnée (10 ans par exemple), sera courte et donc brutale. On pourra ignorer les surfaces non revêtues puisque le ruissellement y est significativement plus lent et ne participe donc pas à l'effet de pointe.
