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Les réseaux d'assainissement, 5e éd.

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Description

Cette nouvelle édition intègre les évolutions socio-économiques, technologiques et réglementaires de ces dernières années avec pour ambition d'offrir une panoplie de méthodes, d'outils de calculs de dimensionnements et de confrontations avec les réalités du terrain, le tout à l'aune de nombreuses études expérimentales. Les réseaux d'assainissement forme ainsi une synthèse sans équivalent, riche d'exemples représentatifs, entre particularités conceptuelles constructives et techniques les plus avancées. Il couvre de larges domaines tels que : l'hydrologie urbaine, périurbaine et rurale connexe , la maîtrise des conditions de ruissellements, de rétentions, d'écoulement, de stockages-restitutions, de traitements, d'objectif de pollution zéro au milieu récepteur , la prévision du risque , la mise en application raisonnée d'outils de calculs, d'aide à la décision, de modèles reposant sur des méthodes ajustées à la diversité des situations , l'appréhension quantitative et qualitative des flux polluants, générés, transférés, régulés, déversés, traité , l'approche généralisée ou spécifique de dispositions techniques, d'équipements écologiques, d'aménagements de voies d'eau , la réponse opérationnelle aux améliorations de patrimoines, aux projets d'ouvrages adaptés, plurifonctionnels , l'exploitation et la gestion au quotidien des réseaux, des ouvrages, des installations. Cet ouvrage s'adresse aux concepteurs, fournisseurs et industriels, aux services de l'État et des collectivités ainsi qu'aux exploitants, gestionnaires, agents de maintenance et de contrôle. Plus généralement, il sera un outil essentiel à tous les acteurs du domaine de l'eau et de son environnement.
La modélisation. Les données hydrologiques. Les méthodes d'évaluation des débits pluviaux. Les rétentions du ruissellement. L'évaluation des flux polluants. Les écoulements et flux dans les milieux naturels. Les calculs hydrauliques des réseaux existants. Les calculs de dimensionnement d'ouvrages. La gestion des réseaux. Les aspects écologiques et économiques. Les dispositions constructives. Annexes - Principales références. bibliographiques - Index.

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Publié par
Date de parution 18 juin 2008
Nombre de lectures 157
EAN13 9782743018719
Langue Français
Poids de l'ouvrage 37 Mo

Informations légales : prix de location à la page 0,1388€. Cette information est donnée uniquement à titre indicatif conformément à la législation en vigueur.

Réseaux… (Bourrier) I-XXVI.indd 6 14/05/2008 10:52:32Les réseaux
d’assainissement
Calculs – Applications – Perspectives
e5 édition
Régis Bourrier
11, rue Lavoisier
F-75008 Paris
Réseaux… (Bourrier) I-XXVI.indd 1 14/05/2008 10:52:32‑





Chez le même éditeur
Diagnostic, aménagement et gestion des rivières
G. Degoutte, 2006
La gestion du risque inondation
B. Ledoux, 2005
Traitement des eaux de refroidissement
Aquaprox, 2005
Les stations de pompage d’eau
eASTEE, 6 édition, 2005
Gestion patrimoniale des réseaux d’assainissement urbains
RERAU et al., 2005
Restructuration des collecteurs visitables – tome 2
RERAU, 2004
Transfert gaz-liquide dans les procédés de traitement des eaux et effluents gazeux
M. Roustan, coord., 2003
Restructuration des collecteurs visitables – tome 1
RERAU, 2002
DANGER
LE
PHOTOCOPILLAGE
TUE LE LIVRE
© LAVOISIER, 2008
eISBN : 978‑2‑7430‑1051‑5 (5 édition)
eISBN : 2‑7430‑0164‑X (4 édition)
eISBN : 2‑85206‑711‑0 (3 édition)
eISBN : 2‑85206‑282‑8 (2 édition)
reISBN : 2‑85206‑113‑9 (1 édition)
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erdans laquelle elles sont incorporées (Loi du 1 ‑juillet 1992 art. L 122 4 et L 122 5 et Code pénal art. 425).
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitPréface
« Depuis quelques décennies, la manière dont se posent les problèmes de
conception et de gestion des systèmes d’assainissement, n’a cessé de se modifier,
et de plus en plus rapidement. Les raisons en sont nombreuses : développement de
l’urbanisation et du transport routier, qui nécessite davantage de zones revêtues,
diminution du temps de concentration des eaux, par de meilleurs écoulements,
accroissement de la consommation d’eau des individus et des industries. Outre
la conception des réseaux neufs, se pose également le problème de l’utilisation
optimale des réseaux existants, le plus souvent hétérogènes puisque construits au
cours des temps avec des techniques différentes.
Les réseaux d’aujourd’hui comportent déjà un nombre important de points
singuliers : vannes, dérivations, barrages, déversoirs, relevages,… Ils ne peuvent,
dans l’avenir, que devenir plus complexes encore. On tendra en effet toujours à en
accroître l’efficacité tout en cherchant à réduire la pollution, d’où par exemple la
multiplication d’indicateurs permettant de mieux prendre en compte les flux les
plus pollués.
Il existe d’excellents ouvrages de technologie de l’assainissement, mais l’auteur,
spécialiste de la conception des réseaux dans un bureau d’études en génie urbain
et environnement, s’est souvent trouvé quelque peu démuni dans la pratique, que
ce soit en France ou à l’étranger, pour rassembler les données physiques, hydrolo‑
giques, nécessaires à chaque projet et pour choisir entre les nombreuses méthodes
de calcul existantes ».
Tel était mon propos d’introduction quand j’écrivis la préface de la première
édition, je pus constater par sa qualité, que cet ouvrage annonçait un succès légi‑
time, et l’auteur trouve sa récompense dans l’accueil des professionnels pour qui
cet ouvrage a été conçu.
Il m’incombe à nouveau de présenter aux lecteurs cette édition qui, en bien des
endroits du texte, fut revue, complétée, considérablement augmentée, et qui traite
notamment :
– de la modélisation, cet ouvrage est le premier à ma connaissance à avoir exposé
clairement les outils de description topologique, de structuration des données
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitIV Les réseaux d’assainissement
et les moyens informatiques disponibles dans le domaine, en particulier la
conception et la gestion assistée par ordinateur ;
– d es données hydrologiques, en insistant sur leur analyse à partir d’exemples
caractéristiques, sur la construction des hyétogrammes synthétiques ou orage
modèle, sur les « pluies de projet » et pluies nettes ;
– des méthodes d’évaluation des débits pluviaux avec des développements
originaux sur la détermination des isochrones de ruissellement, ainsi que les
résultats d’essais comparatifs entre divers modèles ;
– d es rétentions du ruissellement sous toutes ses formes et l’influence des
méthodes de calcul sur le dimensionnement ;
– de l’appréciation des flux polluants, de l’effet des rejets et de leur impact sur
les milieux naturels ;
– des calculs hydrauliques des réseaux existants en régime permanent et
variable en dotant le domaine du fondement solide indispensable. Les orga‑
nigrammes précis des opérations permettent d’appréhender manuellement le
calcul de quelques tronçons ;
– des dimensionnements des ouvrages à ciel ouvert et enterrés avec leurs singu‑
larités où l’utilisation de l’informatique trouve naturellement sa place ;
– d e la gestion fonctionnelle des réseaux et de la préoccupation essentielle de
l’auteur en matière de diagnostic permanent, de simulations des comporte‑
ments et de réhabilitation ;
– d es réflexions pertinentes sur les modélisations pour satisfaire à une approche
hiérarchisée des processus d’études et d’aides à la gestion automatisée ;
– des aspects urbanistique et écologique ou : « comment concevoir un urba‑
nisme qui intègre le mieux les contraintes techniques de l’assainissement, et
les rendre plus légères, voire esthétiques », bien que les aspects proprement
économiques ne soient pas négligés.
On trouve généralement peu d’élements sur les coûts, sans doute en raison de
la crainte de voir les données fournies, rapidement faussées par l’inflation. Il n’en
demeure pas moins que si ces renseignements ne sont pas d’une grande précision,
ils permettent d’estimer les ordres de grandeur, d’apprécier la valeur des patri‑
moines et de comparer les solutions.
Un tel ouvrage eût été incomplet — et l’auteur l’a bien compris — si une large
place n’y avait été réservée aux dispositions constructives où les systèmes et
composants dépendent de technologies avancées, de techniques harmonisées qui
n’entraînent pas pour autant de surcoûts, qui doivent faire l’objet de chartre de
qualité ou de label et c’est au concepteur de les promouvoir.
À mes yeux, le principal mérite de la nouvelle édition est d’avoir réuni en un
seul volume, une somme de renseignements d’ordre pratique dont la collecte
nécessiterait la consultation d’un grand nombre d’ouvrages particuliers, de publi‑
cations sur l’hydrologie et l’hydraulique urbaine.
Avec cette quatrième édition, c’est plus qu’un complément de mise à jour, ce
sont les résultats d’investigations pragmatiques sur d’importantes études menées
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit‑
Préface V
en France et à l’étranger, d’applications raisonnées de modèles dans tous les
domaines, où l’efficacité repose sur l’expérience.
C’est une autre démarche, sans complaisance sur les pratiques actuelles,
non par goût du paradoxe, mais pour qu’il ne s’agisse pas de répéter les mêmes
doctrines conceptuelles applicables à tous les cas.
C’est en parfaite adéquation avec les réalités des systèmes d’assainissement
qu’il convient de requérir à une approche graduée, confortée d’outils spécifiques à
chaque problème à résoudre, qui se résume à ces concepts :
– analyser pour comprendre ;
– calculer pour proposer ;
– simuler pour agir.
Aussi, la démarche préconisée tout au long de cet ouvrage sous tend comme
dans tout autre processus d’études, la nécessité d’analyses préalables, de modes
de calculs différenciées et de comparaisons avant de procéder à une simulation
globale.
L’ambition de cet ouvrage est en résumé, de présenter clairement les techniques
actuelles de l’assainissement en pleine mutation et de contribuer, par les réflexions
qu’elles pourront susciter, à la protection indispensable de l’environnement.
J. G. Claudon
Ingénieur des Ponts et Chaussées
Président du Groupe Poliet
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitRéseaux… (Bourrier) I-XXVI.indd 6 14/05/2008 10:52:32x
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Avant-propos
L’assainissement, lié étroitement à l’alimentation en eau et à l’urbanisation,
requiert des réalisations aussi anciennes que la civilisation humaine. On possède
de nombreux témoignages dans l’antiquité de l’existence d’ouvrages, de canaux
d’évacuation des eaux usées, dont le plus célèbre fut le grand collecteur de Rome
Cloaca maxima menant à un épandage dans les champs d’oliviers.
Depuis ces temps anciens, les progrès furent lents et laborieux, pour donner
enfin le jour à une évolution progressive des sciences de l’hydrologie et de
l’hydraulique, avec notamment A. Chezy, ingénieur du « Pavé de Paris » au
e siècle, qui établit la première formule d’écoulement en régime uniforme,
et ce n’est qu’en 1897, il y a juste 100 ans que H.E. Bazin donnera la formule de
perte de charge la plus connue et ensuite les formules du débit des déversoirs à
crête mince, épaisse ou arrondie, à seuil vertical et incliné, encore couramment
utilisées de nos jours.
Dans le même temps, R. Manning s’appuyant sur la formule de A. Chezy
donnera l’expression monôme de la perte de charge et de la vitesse, formule la
plus préconisée actuellement.
Jusqu’à cette époque, les techniques de l’assainissement se réduisaient à des
caniveaux, des fossés à ciel ouvert, qui conduisaient les effluents, eaux usées
et pluviales, à la rivière. Quand V. Hugo écrivit Les Misérables, il n’y avait que
14 km d’égout à Paris. C’est le mouvement « hygiéniste », l’action d’ingénieurs
et de médecins suite aux épidémies, dont la doctrine était « qu’on lave tout et
qu’on évacue le tout à l’égout », qui a fait naître « le tout à l’égout », grâce auquel
eau milieu du , le réseau parisien était porté à 150 km. Par la suite avec : « À
chaque rue son égout », on voyait se réaliser véritablement l’assainissement des
grandes villes, dont la tâche à Paris fut confiée à E. Belgrand. Cependant, il ne fit
pas l’unanimité d’intérêt et de satisfaction, la guerre du tout à l’égout comme elle
fut appelée durera cent ans.
Dans le domaine de l’hydrologie, avec la mise en place vers 1850, de pluviomè‑
tres, l’appréhension du phénomène de transformation de la pluie en ruissellement, a
vu naître la méthode rationnelle, qui dans ses premières applications en cumulant
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit‑


VIII Les réseaux d’assainissement
les débits générés, sans la notion de temps de concentration, a conduit à réaliser des
ouvrages de sections énormes.
Ce surdimensionnement des égouts, en regard des débits des centres villes à
évacuer, a d’ailleurs permis à ces collecteurs de supporter le développement de
l’urbanisation mais de figer ainsi, faute de besoins, l’évolution des techniques et
pratiques d’exploitation.
Cependant, depuis le début du siècle, bon nombre d’ingénieurs en France et à
l’étranger vont se soucier des effets des rejets dans les cours d’eau, du mauvais
fonctionnement des réseaux d’assainissement et des conséquences des déverse‑
ments pluviaux.
Historiquement, cet aspect qualitatif fut fondamental et incitera à la création
des champs d’épandage, et la réalisation des premières installations d’épuration de
taille modeste rendant obligatoire les systèmes séparatifs.
On va ainsi passer progressivement, d’un référentiel dominé par la préoccu‑
pation hygiéniste d’évacuation des eaux usées et pluviales en dehors des sites
urbains à un dispositif technique, dont l’objectif devient de collecter et traiter la
pollution, ainsi que de maîtriser les flux pour protéger l’environnement.
Cette préoccupation d’hygiène et de la qualité du cadre de vie va accentuer
les efforts de collecte et d’épuration des eaux usées mais ce n’est véritablement
qu’avec la loi sur l’eau du 16 décembre 1964 et la création des agences de bassin
instituant le principe « pollueur payeur » qu’on va se soucier véritablement de
caractériser les effluents, et les charges hydrauliques et polluantes à traiter.
Les objectifs initiaux des premiers programmes d’intervention des agences de
bassin seront principalement l’amélioration de la collecte et des conditions épura‑
toires, notamment par l’élimination des eaux claires parasites, et pour ce faire,
seront lancées les études de diagnostic constituées d’investigations partielles
autour principalement de campagnes de mesures avec priorité donnée aux seules
eaux de temps sec.
Celles ci seront au fur et à mesure des résultats obtenus, renforcées par une
plus grande connaissance de l’état et du fonctionnement des patrimoines en vue
de les réhabiliter et de prévoir les extensions liées au développement urbain.
Dans le même temps, les bilans de fonctionnement des stations d’épuration
liés aux constats sur l’état des collecteurs, l’intégration de caractéristiques plus
précises de la spécificité des flux générés, traités et déversés, permettront de
mieux appréhender les résultats obtenus et les efforts restant à produire pour
améliorer la qualité des milieux naturels.
Aujourd’hui, avec l’expérience et la nécessité d’étendre les investigations aux
eaux pluviales, au comportement du milieu naturel, etc., on peut dire, en résumé,
que le diagnostic doit précéder toute action d’amélioration du système d’assainis‑
sement, être exhaustif et garder un caractère permanent.
Les récentes dispositions européennes imposant de nouveaux objectifs ont
conduit à la loi sur l’eau du 3 janvier 1992 avec ses décrets d’application qui
pose le principe de l’unicité de la ressource en eau et de sa gestion équilibrée,
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit‑
Avant-propos IX
par lequel les ouvrages d’assainissement et leur surveillance sont concernés à
plusieurs titres.
Le temps n’est plus où quelques techniciens sanitaires du secteur public ou
privé, fermier ou concessionnaire, se disputaient un champ d’action étroit du fait
que les collectivités urbaines ou rurales cherchaient à assurer à coût réduit l’ex‑
ploitation des réseaux et des installations d’épuration, souvent même par intermit‑
tence ou ponctuellement par obligation suite à des dysfonctionnements. De même,
l’état d’esprit qui considérait l’assainissement comme une technique de deuxième
ordre a heureusement évolué par nécessité vitale de protéger les milieux naturels,
récepteurs des eaux résiduaires de temps sec et de temps de pluie. L’assainisse‑
ment est ainsi devenu un des composants majeurs des techniques du génie urbain.
Le concours de tous les spécialistes en hydrologie urbaine, du concepteur à
l’exploitant en passant par des spécialistes de la métrologie, de la modélisation…
se révèle désormais indispensables pour parfaire l’équipement sanitaire de la
France, poursuivre les objectifs de qualité de la Communauté européenne et
étendre les compétences à tous les domaines de l’eau et de l’environnement.
De nombreux bureaux d’ingénierie ont dans ce mouvement de société pu déve‑
lopper leur expertise technique et y ont trouvé ainsi un élargissement de leurs
activités. Plus largement, les compétences des professionnels français de l’eau
ont été reconnues dans le monde, avec des positions en pointe dans de nombreux
domaines.
Aussi, nous estimons à sa juste valeur, la contribution que, sur le plan pratique,
l’ouvrage de Régis Bourrier apporte depuis vingt cinq ans, à une bibliographie
générale toujours plus riche, à une conjonction d’efforts qui loin de se contrarier
ou de s’opposer, doivent se conforter les uns les autres.
Jacques Périères
Président d’honneur
Chambre des ingénieurs conseils de France
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitToute notre gratitude s’adresse aux personnes qui nous ont aidé depuis
l’origine, dans la réalisation de cet ouvrage, en premier lieu Janine Chabroux et
Jean-Paul Lemaire, ainsi que l’équipe de spécialistes à Se Te Gue pour leurs
remarques fructueuses et exemples pertinents d’application ; Marc Satin et
Béchir Selmi pour la continuité d’œuvre et notre passion commune pour cette
technique.
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Perspective
L’assainissement se situe plus que jamais au cœur des débats sur la gestion de
la ressource en eau, la politique d’aménagement et le processus de décision. Il va
devoir faire face à de nouveaux enjeux dont les défis du développement durable :
« répondre aux besoins présents, sans compromettre l’avenir des générations
futures, en conjuguant responsabilité sociale et économique et préservation de l’en‑
vironnement ».
La durabilité a vocation de jouer un rôle majeur, traduisant l’émergence de
nouvelles exigences, limitatrices de l’impact de l’activité humaine sur le milieu
naturel, et ainsi créatrices de nouvelles perspectives conceptuelles.
La durabilité prolonge les concepts d’une nouvelle culture urbaine de l’eau :
« L’eau fait partie du patrimoine de la Nation ». Protégeons le !
Elle implique une remise en cause de l’existant, quels que soient les acquis !
La loi sur l’eau a déjà 15 ans. Elle a fait l’objet d’un nouveau texte de loi le
30 décembre 2006. Se profilent aussi d’autres textes législatifs encore plus
complexes et des interférences de compétences hydrologiques, hydromorphologi‑
ques, hydrauliques, écologiques…
Durant les dernières décennies, sous la dictature de « prescriptions », bon
nombre d’erreurs ont été commises, toujours par manque d’études ciblées. Elles
sont souvent imputables au rôle équivoque d’organismes conseils, d’institutions,
etc. et consistaient à limiter les actions aux seules eaux usées, à pousser au sépa‑
ratif ou à la construction de stations d’épuration sans se préoccuper du couple
« collectetraitement » au sens le plus large ni privilégier une approche ponctuelle
des problèmes rencontrés. Au final, les eaux pluviales demeuraient absentes de
réflexions approfondies.
La révision d’anciennes circulaires pour une instruction technique normative,
erreur de taille, n’a apporté que des règles réductrices, des paramétrages fixes,
discutables, élaborés d’abord par des groupes de travail externes à la profession,
puis par d’autres qui ajoutèrent leur lot d’aberrations et de réglementations, semant
une totale confusion.
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XII Les réseaux d’assainissement
Le moment est donc venu de rechercher une plus grande efficacité, une appré‑
hension plus pertinente, innovante, performante et de gérer dans la durée. Il s’agit
pour cela de tenir compte de la diversité des situations, de la sensibilité environ‑
nementale, de la préservation du cadre urbain, de la maîtrise totale des pollutions
induites par les effluents, par les ruissellements ruraux comme urbains et par les
dysfonctionnements des systèmes d’assainissement.
La maîtrise du prix de l’eau sur la durée par les gestionnaires et par les maîtres
d’ouvrages d’aménagements durables s’inscrit dans le contexte d’une série d’en‑
jeux, de contraintes, d’objectifs qui déterminent des orientations, des priorités
d’investissements, forcément onéreux, qu’il faut légitimer auprès d’interlocuteurs
et de citoyens contribuables sensibles aux charges « insupportables » comme aux
pressions fiscales « intolérables ».
L’optimisation de la conception des ouvrages et l’incidence de choix de partis
plus fiables doivent présider aux investissements, tant dans les fonctionnalités et
les moyens d’exploitation nécessaires que dans les dispositions de gestion et de
contrôle d’effets a posteriori.
Avec les évolutions socio‑économiques, technologiques ou réglementaires, ce
sont autant de nouvelles données qui contribuent à la mise à jour et à l’enrichisse‑
ment de cette cinquième édition.
L’ambition de cet ouvrage de référence est d’offrir à la fois une panoplie :
– de méthodes ;
– d ’outils de calculs de dimensionnements, issus d’une pratique continue
d’études pragmatiques et expérimentales ;
– de confrontations avec les réalités, pour en faire connaître les acquis, les
contraintes, les stratégies et permettre de passer de la théorie à la pratique.
Il forme ainsi une synthèse sans équivalent, riche d’exemples représentatifs,
entre particularités conceptuelles, constructives et techniques les plus avancées.
Elle couvre de larges domaines, notamment ceux de :
– l’hydrologie urbaine, périurbaine et rurale connexe, dépendante de l’hydro‑
morphologie d’un bassin versant et de ses infrastructures d’assainissement ;
– la maîtrise des conditions de ruissellements, de rétentions, d’écoulement,
de stockages restitutions, de traitements, d’objectif de « pollution zéro » au
milieu récepteur ;
– la prévision du risque, de l’aléa vulnérabilité du ruissellement écoulement, et
selon des facteurs aggravants ;
– la mise en application raisonnée d’outils de calculs, d’aide à la décision, de
modèles reposant sur des méthodes ajustées à la diversité des situations ;
– l ’appréhension quantitative et qualitative des flux polluants, générés, trans‑
férés, régulés, déversés, traités ;
– l’approche généralisée ou spécifique de dispositions techniques, de génie
écologique, d’aménagements de voies d’eau ;
Réseaux… (Bourrier) I-XXVI.indd 12 14/05/2008 10:52:33
© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitPerspective XIII
– l a réponse opérationnelle aux améliorations de patrimoines, aux projets
d’ouvrages adaptés, plurifonctionnels ;
– l’exploitation et la gestion au quotidien des réseaux, des ouvrages, des instal‑
lations, dépendants des rivages, des plans d’eau, confortées de diagnostics
ponctuels et permanents, d’une démarche de « management partagé » entre
tous les partenaires pour améliorer la qualité du service public et des milieux
aquatiques.
Cet ouvrage s’adresse aux concepteurs, professionnels, fournisseurs, industriels,
documentalistes, enseignants, services municipaux, départementaux, de l’État et
autres intervenants institutionnels, aux exploitants, gestionnaires, agents de main‑
tenance, de contrôle et, plus généralement, à tous les acteurs du domaine de l’eau et
de son environnement.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitRéseaux… (Bourrier) I-XXVI.indd 14 14/05/2008 10:52:33Table des matières
Préface................................................................. III
Avant-propos .......................................................... VII
Perspectives ............................................................ XI
Table des matières ..................................................... XV
Chapitre 1
La modélisation 1
1. Définitions ............................................................. 1
2. Description de l’espace, du relief et de l’urbanisation............................ 5
3. L’organisation topologique................................................. 9
4. La représentation des diverses typologies .................................... 12
5. La saisie de données et l’archivage.......................................... 15
6. Les moyens informatiques dans le domaine .................................. 18
7. La cartographie des réseaux et des connexes 31
7.1. Fond cartographique et plan de récolement ............................... 31
7.2. Cartographies spécifiques............................................. 35
Chapitre 2
Les données hydrologiques............................................... 45
1. Définitions ............................................................ 45
2. Analyses statistiques des données pluviométriques ............................ 50
3. Fréquence, intervalle de récurrence, intensité................................. 59
4. Analyse sur des données hydrologiques incomplètes ........................... 79
5. Comparaison des intensités de diverses régions ............................... 82
6. Détermination de la petite pluie............................................ 87
7. Construction d’un hyétogramme synthétique 91
8. Construction de pluie de projet............................................. 94
Réseaux… (Bourrier) I-XXVI.indd 15 14/05/2008 10:52:33
© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitXVI Les réseaux d’assainissement
9. Détermination de la pluie nette – Infiltration – Stockage dépressionnaire........... 99
9.1. Relations pluie‑débit................................................. 99
9.2. Infiltration......................................................... 99
9.3. Stockage dépressionnaire ............................................ 102
9.4. Pluie nette ........................................................ 103
Chapitre 3
Les méthodes d’évaluation des débits pluviaux ........................... 105
1. Définition des concepts 105
1.1. Présentation des méthodes ........................................... 105
1.2. Le temps de concentration 106
1.3. Le coefficient volumétrique du ruissellement ............................ 108
2. La méthode rationnelle.................................................. 114
2.1. Principe de calculs ................................................. 114
2.2. Hydrogramme unitaire .............................................. 114
2.3. Utilisation de la méthode rationnelle ................................... 115
2.4. Application du modèle informatique METRA 118
3. La méthode superficielle ................................................ 130
3.1. Principes de calculs 130
3.2. Le modèle informatique ORAGE...................................... 138
4. La méthode hybride .................................................... 141
4.1. Principe de calculs 141
4.2. Le modèle informatique STORM 144
5. Méthode rationnelle et du curve number.................................... 145
5.1. Détermination du curve number....................................... 145
5.2. Évolution du coefficient de ruissellement C en fonction de la durée
de la pluie ........................................................ 148
6. La méthode de transfert et de conceptualisation .............................. 150
6.1. Modèle du réservoir linéaire.......................................... 150
6.2. Modèle de Muskingum.............................................. 152
7. La méthode d’Horton ................................................... 153
8. La méthode SOCOSE 157
9. Les méthodes globales .................................................. 167
10. Essais comparatifs entre les méthodes de calcul .............................. 168
10.1. Mode de réalisation des essais........................................ 168
10.2. Résultats des essais ................................................ 169
Chapitre 4
Les rétentions du ruissellement ......................................... 177
1. Définitions ........................................................... 177
1. Les bassins d’accumulation 180
2. Les bassins de retenue............................................. 180
3. Les bassins de stockage‑restitution (BSR)............................. 181
4. La régulation et la rétention continue................................. 182
4. Les structures réservoirs........................................... 183
2. Principes de calculs du stockage .......................................... 185
2.1. La méthode « des pluies »............................................ 186
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitPerspective XVII
2.2. La méthode « des volumes ».......................................... 187
2.3. Méthode simple à appliquer aux rétentions diffuses ....................... 190
2.4. La méthode des débits............................................... 191
2.4.1. Hypothèse 1 ................................................. 191
2.4.2. Hypothèse 2 192
2.5. Limites d’application et comparaison................................... 193
3. Application : le module informatique RETEN ............................... 195
4. Conception des systèmes de rétention ...................................... 198
5. Condition de rétention sur une voie d’eau 204
Chapitre 5
L’évaluation des flux polluants.......................................... 209
1. Typologie des eaux résiduaires............................................ 209
1.1. Évolution de la perception des eaux résiduaires........................... 209
1.2. Classification des eaux résiduaires..................................... 210
2. Dose unitaire.......................................................... 213
2.1. Dose unitaire globale ............................................... 213
2.2. Dose unitaire par type de rejet ........................................ 216
3. Variation des débits d’eaux usées – Coefficient de pointe....................... 221
4. Charges polluantes ..................................................... 225
4.1. Charge polluante unitaire 225
4.1.1. Les matières en suspension (MES) ............................... 225
4.1.2. La demande biochimique en oxygène (DBO) 226
4.1.3. La demande chimique en oxygène (DCO).......................... 226
4.1.4. La masse des matières oxydables (MO)............................ 228
4.1.5. La pollution conventionnelle totale (PCT) ......................... 228
4.1.6. Les autres composants de la charge polluante....................... 229
4.2. Charge polluante industrielle ......................................... 237
4.3. Caractéristiques des effluents 237
4.3.1. Eaux usées .................................................. 237
4.3.2. Eaux pluviales ............................................... 238
4.3.3. Eaux unitaires................................................ 240
4.4. Rejets urbains par temps de pluie (RUPT)............................... 242
5. Débits maxima d’avenir ................................................. 244
6. Estimation des charges hydrauliques et polluantes ............................ 246
6.1. Théorie de la dilution 249
6.2. Théorie dit du « premier flot » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250
6.3. Répartition des masses de polluants en fonction des volumes................ 254
7. Modélisation de la production de pollution .................................. 256
7.1. Modèles prévisionnels de la pollution 256
7.2. Les modèles dits de « qualité »........................................ 258
Chapitre 6
Les écoulements et flux dans les milieux naturels......................... 265
1. Généralités ........................................................... 265
2. Estimation des débits des cours d’eau (hydrologie)............................ 266
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitXVIII Les réseaux d’assainissement
3. Calcul des écoulements naturels (hydraulique) ............................... 271
3.1. Régime uniforme .................................................. 272
3.2. Régime fluvial et régime torrentiel .................................... 273
3.3. Influence de la pente sur le régime d’écoulement ......................... 276
3.4. Allure des lignes d’eau au niveau des singularités 277
3.5. Application de modèles.............................................. 279
4. Bathymétrie et influence des marées....................................... 283
5. Étude écologique des milieux aquatiques récepteurs .......................... 283
5.1. Définition de l’écosystème ........................................... 283
5.2. La qualité des eaux de surface ........................................ 286
5.2.1. L’oxygène ................................................... 286
5.2.2. La turbidité.................................................. 287
5.2.3. Les substances dissoutes 288
5.2.4. Les pollutions microbiologiques ................................. 289
5.3. Les bio‑indicateurs d’évaluation des milieux aquatiques.................... 291
5.4. Détermination de la qualité de l’eau.................................... 293
6. Modélisation des milieux aquatiques récepteurs.............................. 303
7. Les effets du ruissellement : aspects quantitatifs 305
8. Les effets des rejets : aspects qualitatifs 308
9. L’azote et l’environnement ............................................... 310
Chapitre 7
Les calculs hydrauliques des réseaux existants ........................... 313
1. Régimes d’écoulements ................................................. 313
2. Modes de calcul des réseaux ramifiés en régime permanent .................... 319
2.1. En écoulement libre ................................................ 321
2.2. En écoulement en charge (Q > Q ) ................................... 326max
3. Mode de calcul des réseaux maillés........................................ 327
4. Modèles de calcul des réseaux maillés en régime variable ...................... 335
5. Modèle de calcul dépendant du temps : méthode de Muskingum................. 339
6. Modèle de propagation simple. Méthode de l’onde cinématique.................. 343
Chapitre 8
Les calculs de dimensionnement d’ouvrages.............................. 345
1. Généralités et principes hydrauliques ...................................... 345
2. Dimensionnement des émissaires à ciel ouvert ............................... 348
3. Dimensionnement des collecteurs enterrés .................................. 356
4. Passage en siphon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
5. Déversoir d’orage, orifice................................................ 373
5.1. Généralités ....................................................... 373
5.2. Dimensionnement et réglage des déversoirs ............................. 375
5.2.1. Déversement latéral ........................................... 382
5.2.2. Déversement dans l’ouverture de radier ........................... 383
5.2.3. Déversoir siphoïde ............................................ 384
5.2.4. Calcul des déversements ....................................... 385
5.3. Calculs d’orifice ................................................... 386
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitPerspective XIX
6. Les chambres ......................................................... 388
6.1 Les chambres de dessablement........................................ 388
6.1.1. Exemple numérique de dimensionnement.......................... 396
6.1.2. Calcul d’un décanteur circulaire ................................. 396
6.1.3. Réalités du dessablement....................................... 398
6.1.4. Calcul d’un dessableur avec prise en compte des eaux mortes.......... 402
6.1.5. Quantification des dépôts ...................................... 403
6.2. Les chambres de rétention de pollution 405
6.2.1. Réduire l’ensablement des collecteurs............................. 405
6.2.2. Protéger les installations de pompage et les points particuliers ......... 405
6.2.3. Effectuer des retenues de pollution avant déversement
dans le milieu naturel.......................................... 406
6.2.4. Faciliter l’exploitation du réseau ................................. 407
6.2.5. Assurer de nouvelles fonctions .................................. 408
6.3. La recherche de nouveaux ouvrages de dépollution........................ 408
6.4. La décantation lamellaire ............................................ 413
6.5. La décantation extensive............................................. 418
6.6. Les dispositifs de rétention de pollution 418
6.7. La séparation par centrifugation....................................... 419
6.8. Le dégrillage...................................................... 421
6.9. Le dégraissage, déshuilage........................................... 422
7. Refoulements ......................................................... 422
7.1. Différents types de groupes électropompes.............................. 422
7.2. Fonctionnement du pompage ......................................... 423
7.3. Conception ou contrôle fonctionnel .................................... 428
7.3.1. Les données de débits caractéristiques ............................ 429
7.3.2. Les données géométriques et le prédimensionnement ................ 430
7.3.3. La hauteur manométrique totale (HMT)........................... 431
7.3.4. La détermination des caractéristiques de fonctionnement ............. 431
7.3.5. La détermination du volume de marnage .......................... 435
7.3.6. Les niveaux de pompage et les équipements hydrauliques 439
7.3.7. La puissance absorbée par plusieurs pompes ....................... 443
7.3.8. Le dimensionnement d’une conduite de refoulement ................. 444
7.4. Coup de bélier dans les conduites de refoulement......................... 444
7.4.1. Résultats théoriques........................................... 446
7.4.2. Méthode des caractéristiques.................................... 448
7.5. Calcul du coup de bélier en l’absence de pertes de charge................... 449
7.5.1. Cas d’un arrêt brusque des pompes............................... 449
7.5.2. Cas d’un arrêt progressif des pompes ............................. 450
7.5.3. Valeur de la dépression le long de la conduite....................... 450
7.5.4. La prise en compte des pertes de charge........................... 451
7.6. Protection contre les coups de bélier ................................... 451
7.7. Calcul avec cheminée ou réservoir d’air................................. 452
7.8. Approximation de la surpression, de la dépression et des contraintes ......... 457
8. Réseau équipé d’aéro‑éjecteurs ........................................... 460
8.1. Principes et dimensionnement ........................................ 460
8.2. Exemple de dimensionnement 461
9. Réseau sous‑vide....................................................... 467
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitXX Les réseaux d’assainissement
10. Dimensionnement des tubes enterrés....................................... 474
10.1. Transmission des charges............................................ 474
10.1.1. Surcharges .................................................. 475
10.1.2. Actions horizontales du sol..................................... 476
10.2. Comportement du tube ............................................. 476
10.2.1. Répartition des pressions sur le contour du tube .................... 476
10.2.2. Calcul des déformations et des contraintes ........................ 478
10.3. Dimensionnement d’un tube ......................................... 479
11. Cubature des fouilles en tranchées ........................................ 480
12. Maîtrise d’œuvre ...................................................... 483
12.1. Le maître d’ouvrage................................................ 483
12.2. Le maître d’œuvre ................................................. 483
12.3. Les objectifs de la loi MOP .......................................... 484
12.4. Les étapes d’élaboration d’un ouvrage ................................. 484
12.4.1. Les études préliminaires....................................... 486
12.4.2. L’esquisse et les résultats d’investigations ......................... 488
12.4.3. Les enquêtes auprès des concessionnaires 489
12.4.4. Les analyses des besoins et contraintes ........................... 489
12.4.5. L’étude des concepts d’avant‑projet .............................. 490
12.4.6. Les solutions techniques standard (STS) .......................... 490
12.4.7. Les études des solutions variantes................................ 491
12.4.8. L’avant‑projet définitif (APD)................................... 491
12.4.9. Le dossier d’impact et le projet de travaux......................... 492
12.4.10. L’étude des ouvrages spéciaux et équipement particuliers............ 493
12.4.11. Les spécifications et plans d’exécution et de synthèse ............... 494
12.4.12. L’application de la charte de qualité ............................. 495
12.4.13. L’élaboration des pièces écrites................................. 495
12.4.14. La coordination spatiale et ordonnancement ...................... 497
12.4.15. Les modes de dévolution des travaux ............................ 497
12.4.16. La direction de l’exécution des travaux........................... 499
12.4.17. La gestion financière des travaux ............................... 500
12.4.18. La réception définitive des travaux.............................. 500
13. Amélioration de la qualité d’exécution ..................................... 501
13.1. Assistance à maîtrise d’ouvrage (AMO) ................................ 501
13.2. Charte de qualité des chantiers ....................................... 502
13.3. Préparation et suivi du chantier 503
13.4. Mission de suivi et audit des chantiers ................................. 504
13.4.1. La mission ordinaire .......................................... 505
13.4.2. La mission ponctuelle d’audit de chantier.......................... 506
13.5. Coordination sécurité et protection de la santé........................... 508
Chapitre 9
La gestion des réseaux.................................................. 509
1. Analyse de la situation actuelle ........................................... 509
1.1. Organisation administrative et financière ............................... 509
1.1.1. Mode de gestion et structures ................................... 511
1.1.2. Les services administratifs et financiers........................... 514
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitPerspective XXI
1.1.3. Les autres services dépendants .................................. 515
1.1.4. Les services d’études et de travaux ............................... 516
1.1.5. Les services d’exploitation des réseaux et station d’épuration .......... 516
1.2. Application comptable M49 .......................................... 519
1.2.1. Le financement du service et de l’investissement.................... 519
1.2.2. Les dépenses d’investissement et de fonctionnement ................. 520
1.3. Tarification de l’eau et de l’assainissement .............................. 522
1.4. Audit d’évaluation de la situation...................................... 523
1.4.1. La collecte des données indispensables............................ 524
1.4.2. La prise de connaissance d’études antérieures ...................... 525
1.4.3. L’analyse de la situation initiale.................................. 525
1.4.4. L’examen des contrats en cours 525
1.4.5. La définition de l’assiette de facturation ........................... 526
1.4.6. Les plans et schémas de fonctionnement 526
1.4.7. Les ressources et production d’eau ............................... 527
1.4.8. Les stockages et adduction...................................... 527
1.4.9. Les réseaux de distribution ..................................... 528
1.4.10. Les traitements eaux usées 529
1.4.11. Les stockages et relèvements.................................... 529
1.4.12. Les réseaux de collecte EU et unitaire............................. 530
1.4.13. Les valeurs patrimoniales 530
1.4.14. Les prix de revient technique 532
1.4.15. Les coûts de gestion, administratif et financiers..................... 532
1.4.16. L’évaluation du service rendu 533
1.4.17. Le bilan général et le prix de l’eau................................ 533
1.5. Rapport annuel sur le prix et la qualité des services publics de l’eau potable
et de l’assainissement ............................................... 534
1.5.1. Procédure ................................................... 534
1.5.2. Description générale et faits marquants............................ 535
1.5.3. Structure d’exploitation ........................................ 535
1.5.4. Chaîne de l’assainissement...................................... 535
1.5.5. Système d’épuration des eaux ................................... 536
1.5.6. Assainissement non collectif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537
1.5.7. Moyens humains assurant l’exploitation de la station d’épuration,
des réseaux et de l’ANC 537
1.5.8. Prix du service assainissement .................................. 538
2. Principes de gestion fonctionnelle des réseaux ............................... 539
2.1. Définitions........................................................ 539
2.1.1. La pérennité des ouvrages ...................................... 539
2.1.2. L’entretien du réseau et des appareillages .......................... 542
2.1.3. La régulation des débits........................................ 545
2.2. Outils de gestion technique d’un réseau................................. 546
2.2.1. Les méthodes d’investigation.................................... 546
2.2.2. Le système de suivi ........................................... 548
3. Techniques d’exploitation des réseaux 550
3.1. Techniques d’élimination des produits de curage.......................... 553
3.1.1. L’hydrocyclonage............................................. 554
3.1.2. L’élimination des dépôts : flottants, boues, huiles et graisses........... 556
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitXXII Les réseaux d’assainissement
3.2. Programmation des travaux d’entretien ................................. 556
3.3. Modélisation de l’évolution des dépôts en collecteur d’assainissement
(MEDCA) ........................................................ 560
3.3.1. Contexte, données et résultats ................................... 560
3.3.2. Concepts du modèle........................................... 563
3.3.3. Système d’équation............................................ 564
3.3.4. Phénomène de masquage....................................... 569
3.3.5. Organisation du modèle MEDCA ................................ 570
3.4. Modèle hydrologique de simulation des eaux parasites d’infiltration (EPI) ..... 572
3.4.1. Considérations préliminaires.................................... 572
3.4.2. Structure des modèles SEPI & OCLAIR........................... 573
3.4.3. Données et résultats........................................... 576
4. Système d’exploitation automatisée ........................................ 578
4.1. Concepts d’automation .............................................. 578
4.2. Traitement des informations et transmission............................. 582
4.2.1. La télétransmission............................................ 583
4.2.2. La télésurveillance 584
4.2.3. La télécommande............................................. 585
4.2.4. La télésignalisation 585
4.2.5. La télégestion ................................................ 585
4.2.6. Le centre de contrôle .......................................... 587
4.2.7. La gestion automatisée......................................... 588
4.2.8. L’application d’automatismes.................................... 589
4.3. Conception des systèmes automatisés .................................. 590
4.3.1. Les capteurs ................................................. 590
4.3.2. Les automates programmables................................... 592
4.3.3. Les cartes à microprocesseur 593
4.3.4. Les modems 595
4.3.5. Les automatismes locaux....................................... 595
4.3.6. Les niveaux d’automation ...................................... 597
4.3.7. Les systèmes d’automatismes hiérarchisés ......................... 597
4.3.8. Le logiciel de supervision 598
4.4. Régulation des flux d’amenée et de vidange des bassins.................... 603
4.5. Modèles liés à la gestion fonctionnelle.................................. 607
4.6. Modèle physique de reproduction de phénomènes 609
4.7. Modèle physique de la sédimentation................................... 611
5. Mesures des écoulements et concentrations 612
5.1. Définition et comparaison des types de mesures.......................... 612
5.1.1. L’appréhension des précipitations ................................ 612
5.1.2. Les mesures des écoulements 613
5.2. Description des systèmes de mesures 616
5.2.1. Les mesures des vitesses ....................................... 616
5.2.2. Les mesures de hauteurs d’eau................................... 618
5.2.3. Les mesures par déversoirs à mince paroi.......................... 618
5.2.4. Les mesures par canaux jaugeurs 620
5.2.5. Les mesures de niveaux par effet de la pression ..................... 621
5.2.6. Les mesures de niveaux par capteur à ultrasons 621
5.2.7. Les mesures de niveaux par capteur à ultrasons immergé ............. 622
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitPerspective XXIII
5.2.8. Les débitmètres électromagnétiques .............................. 623
5.2.9. Les mesures à ultrasons sur cordes de vitesses...................... 624
5.2.10. Les mesures à l’aide de traceurs.................................. 625
5.2.11. Les mesures des concentrations par prélèvements ................... 626
5.2.12. Les mesures des concentrations en continu......................... 627
5.2.13. Les mesures de la DCO instantanée 628
5.2.14. Les mesures des paramètres physiques............................ 628
5.2.15. Les mesures de la qualité par colorimétrie 628
5.2.16. Les mesures des autres paramètres ............................... 628
5.2.16. Les mesures écotoxicologiques .................................. 629
5.2.17. Les centrales de mesures ....................................... 630
5.3. Pratique des mesures, prélèvements et analyses .......................... 630
5.3.1. Les mesures automatiques...................................... 630
5.3.2. Les systèmes de mesure par dilution.............................. 632
5.3.3. Les mesures volantes ou foraines ................................ 633
5.4. Exploitation des résultats de mesures................................... 642
5.5. Comparaisons entre les résultats de calculs et les mesures . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644
5.6. Protocole d’une campagne de mesures.................................. 647
5.6.1. Le graphe ou le synoptique ..................................... 648
5.6.2. Les visites de terrain .......................................... 648
5.6.3. L’estimation des flux théoriques ................................. 650
5.6.4. Le choix définitif des modalités 650
5.6.5. L’installation des appareillages 651
5.6.6. Les conditions de suivi in situ ................................... 652
5.6.7. L’exploitation des enregistrements................................ 652
5.6.8. La finalisation ............................................... 652
6. Contrôles de la pollution................................................. 653
6.1. Les dispositions réglementaires ....................................... 653
6.2. Les données de base du contrôle qualité 653
6.3. Les moyens de contrôle et indicateurs d’effets............................ 656
6.3.1. Les mesures et prélèvements .................................... 656
6.3.2. Les études et modélisation des flux............................... 657
6.4. L’autocontrôle et les mesures en continu ................................ 658
7. Diagnostic et schéma directeur ........................................... 662
7.1. Le diagnostic initial ................................................ 662
7.1.1. Phase 1 : constats et prédiagnostic 663
7.1.2. Phase 2 : investigations approfondies ............................. 682
7.1.3. Phase 3 : investigations complémentaires et simulations .............. 693
7.1.4. Phase 4 : élaboration du schéma directeur.......................... 696
7.1.5. Phase 5 : finalisation du schéma directeur ......................... 704
7.2. Le diagnostic permanent............................................. 705
7.2.1. L’autosurveillance ............................................ 706
7.2.2. La télégestion ................................................ 707
7.2.3. Phase 1 : analyse fonctionnelle .................................. 709
7.2.4. Phase 2 : instrumentation....................................... 711
7.2.5. Phase 3 : DCE et travaux 720
7.2.6. Phase 4 : mise en application.................................... 734
7.3. Les indicateurs d’effets des rejets sur le milieu ........................... 738
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitXXIV Les réseaux d’assainissement
8. Réflexions sur les modélisations et conception............................... 740
8.1. La démarche pragmatique de modélisations ............................. 740
8.1.1. L’analyse hydrologique de la génération des débits et de contrôle
des conditions d’écoulements.................................... 743
8.1.2. L’analyse hydraulique et la propagation des hydrogrammes............ 745
8.1.3. La simulation intégrée des ruissellements‑écoulements‑pollutions . . . . . . 749
8.2. Les modèles de pluie................................................ 751
8.3. Les modèles mécanistes ............................................. 755
8.4. Les modèles conceptuels 758
8.5. Les modèles de simulation des eaux parasites............................ 765
8.6. Les modèles de télégestion........................................... 768
8.7. Les modules d’aide à la gestion patrimoniale............................. 769
Chapitre 10
Les aspects écologiques et économiques.................................. 771
1. Planifications et schémas directeurs ....................................... 771
1.1. Le schéma directeur d’aménagement et de gestion des eaux (SDAGE)......... 771
1.2. Le schéma d’aménagement et de gestion des eaux (SAGE).................. 774
1.3. Le schéma directeur départemental d’assainissement...................... 777
1.3.1. Phase 1 : état des lieux et de recensement des enjeux................. 778
1.3.2. Phase 2 : état des lieux de l’assainissement......................... 781
1.3.3. Phase 3 : détermination des priorités d’actions, approche financière
et suivi ..................................................... 784
1.4. Les schémas directeurs d’urbanisation et d’assainissement.................. 786
2. Impératifs de l’esthétique et de l’écologie ................................... 794
2.1. Dispositions environnementales....................................... 794
2.2. Dispositions de génie écologique ...................................... 803
2.3. Indicateur écologique ............................................... 806
2.4. Facteur d’érosion................................................... 808
2.5. Facteurs d’imperméabilisation ........................................ 810
2.6. Facteurs de risque.................................................. 811
2.7. Étude d’impact .................................................... 812
3. Concepts, projets et réalisations........................................... 812
3.1. Les concepts de gestion fonctionnelle .................................. 812
3.2. Les modèles de planification, d’analyse et de simulation ................... 814
3.3. La conception assistée par ordinateur (CAO)............................. 818
4. Technologies spécifiques ................................................ 819
4.1. Généralités et principes ............................................. 819
4.2. Zonage et assainissement non collectif ................................. 824
4.3. Méthodologie d’investigations en assainissement non collectif .............. 825
4.3.1. Localisation des hameaux et des écarts non raccordés................ 827
4.3.2. Examen visuel depuis le domaine public........................... 827
4.3.3. Étude pédologique ............................................ 828
4.3.4. Analyse de l’habitat et synthèse des investigations................... 832
4.3.5. Synthèse des contraintes à la parcelle ............................. 833
4.3.6. Contraintes particulières ....................................... 833
4.3.7. Principales filières d’assainissement non collectif 834
Réseaux… (Bourrier) I-XXVI.indd 24 14/05/2008 10:52:34
© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitPerspective XXV
4.4. Comparaison des modes d’assainissement............................... 835
4.5. Assainissement « semi‑collectif » ..................................... 837
4.6. Maîtrise des quantités d’eaux pluviales ................................. 838
5. Choix économiques – Coûts.............................................. 839
5.1. Coûts et surcoût des collecteurs ....................................... 844
5.2. Coûts et surcoûts des équipements 847
5.3. Coûts et surcoûts spécifiques aux eaux pluviales ......................... 850
Chapitre 11
Les dispositions constructives........................................... 851
1. Généralités ........................................................... 851
2. Les ouvrages terminaux et d’accès au réseau ................................ 852
2.1. Les boîtes de branchements .......................................... 853
2.2. Les caniveaux ..................................................... 854
2.3. Les bouches à grilles et avaloirs....................................... 854
2.4. Les bouches d’engouffrement sélectives 856
2.5. Les regards de visite ................................................ 856
2.6. Les débourbeurs et séparateurs 859
3. Les branchements, liaisons et maillages .................................... 861
4. Les sections types...................................................... 864
4.1. Éléments tubulaires industrialisés ..................................... 864
4.2. Composants ovoïdes non‑normalisés et les sections particulières............. 866
5. Conditions de mise en œuvre............................................. 871
5.1. Comportement en tranchées.......................................... 871
5.1.1. Contraintes liées aux sites ...................................... 871
5.1.2. Joints de liaison .............................................. 877
5.1.3. Remblaiement des tranchées .................................... 878
5.2. Travaux sans tranchées 880
6. Les techniques de rénovation des collecteurs ................................ 884
7. Les essais de réception sur les réseaux ..................................... 885
7.1. Le test à la fumée .................................................. 886
7.2. Le test sous pression d’air............................................ 886
7.3. Le test d’étanchéité à l’air à pression décroissante et à pression constante ...... 887
7.4. Le test sous pression d’eau ........................................... 888
7.5. Le test d’étanchéité par corrélation acoustique ........................... 889
7.6. L’essai général sur les conditions d’écoulements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 889
7.7. L’essai d’infiltration ................................................ 889
7.8. L’inspection télévisée ............................................... 889
8. Les ouvrages de drainage et de rétention.................................... 890
8.1. Le drainage des voiries et des espaces urbains 890
8.2. Les micro‑techniques de rétentions 892
8.2.1. Les aménagements sur les bassins d’apports........................ 892
8.2.2. Les rétention à la source........................................ 892
8.3. Les puits d’infiltration .............................................. 909
8.4. Le captage de résurgence, le drainage de nappe .......................... 910
Réseaux… (Bourrier) I-XXVI.indd 25 14/05/2008 10:52:34
© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitXXVI Les réseaux d’assainissement
9. Les ouvrages spéciaux .................................................. 911
9.1. Les chambres de dessablement........................................ 911
9.1.1. Chambre déportée à grande profondeur ........................... 911
9.1.2. Chambre de dessablement sous ouvrage visitable.................... 913
9.1.3. Chambres de rétention de pollution............................... 914
9.1.4. Chambres de formes et techniques nouvelles ....................... 916
9.1.5. Mini‑pièges intercepteurs ...................................... 919
9.1.6. Utilisation des capacités de stockage des réseaux.................... 919
9.2. Les déversoirs d’orage et les vannages.................................. 921
9.2.1. La combinaison déversoir‑chambre de dessablement................. 931
9.2.2. Les séparateurs par effet vortex 932
9.2.3. Les séparateurs statiques tourbillonnaires (SST) .................... 932
9.3. Les ouvrages de tête et les passages en siphon............................ 933
9.4. Les stations de relèvement ou de refoulement et postes de crues ............. 934
9.5. Les chambres diverses et dispositifs annexés 938
9.6. Les ouvrages de dérivations et de stockages en réseaux .................... 939
9.7. Les ouvrages de débouchés et de protection du milieu naturel ............... 941
9.7.1. Les débouchés et la protection des berges.......................... 941
9.7.2. Les dispositifs brise‑flot et de dissipation de l’énergie................ 943
9.7.3. Les dispositifs d’aménagement de passage sous voirie (AP)............ 943
9.7.4. Les dispositifs d’évacuation et de vidange 943
9.8. Les bassins de stockage ............................................. 945
Annexes .............................................................. 955
Principales références bibliographiques ................................ 1009
Index................................................................. 1011
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit1
La modélisation
1. Définitions
Nous appellerons modélisation, la représentation mathématique simplifiée d’un
phénomène physique permettant d’en simuler le fonctionnement pour étudier
l’effet de certains paramètres, ou faire des prévisions.
Et, chaque fois que l’on veut décrire, d’une manière rationnelle, le phénomène,
on réalise au moins les deux opérations suivantes :
– m ettre un nom sur des objets, définir des groupes d’objets dans un langage
clair ;
– relier ces différents éléments au moyen de relations.
L’ensemble fait système.
Cette description dans le domaine de l’hydrologie, de l’hydraulique urbaine et
la mise en évidence des principales fonctions constituent déjà une modélisation.
Par exemple, tout le monde connaît la schématique du cycle de l’eau :
– les pluies (ou la neige) se déplacent et tombent ;
– l’eau des précipitations ruisselle en partie, ou alimente les nappes
souterraines ;
– un ensemble hydraulique les recueille et les véhicule ;
– l’eau est captée, utilisée par diverses activités et restituée au milieu naturel, à
travers un réseau, après ou sans traitement.
Cette description simple au premier examen se complique nettement quand on
souhaite dimensionner tous les phénomènes : contrôle du ruissellement, de
l’écoulement et de la gestion des eaux.
Prenons la représentation de l’ensemble des phénomènes hydrologiques et des
systèmes hydrauliques d’une manière plus précise.
Nous partons d’une réalité que l’on transpose dans une représentation sans
ambiguïté, pouvant avoir une interprétation mathématique.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit2 Les réseaux d’assainissement
Figure 1.1 j Cycle de l’eau.
En effet, l’ensemble du processus simplifié, illustré par le schéma figure 1.1 est
une structure dynamique dans l’espace et dans une échelle de temps bien définie
entre :
– une entrée : cause (pluie),
– une sortie : effet (écoulement).
Considérons une pluie d’intensité P (t) tombant sur une surface S et désignons
par E (t) et I (t) les intensités d’évaporation et d’infiltration.
Le volume W (t) de l’eau entrée dans le cours d’eau ou le réseau à l’instant t
vérifie l’équation :
W (t + ∆t) – W (t) = S [P (t) – E (t) – I (t)] ∆t
ou en notation différentielle :
dW
= S[P(t)− E(t)− I(t)]
dt
Ainsi, l’état initial t et les états successifs du système sont analytiquement
0
traduisibles par une fonction dont les principaux paramètres sont : la
transmissibilité, les pertes, rétentions, etc. et la propagation des flux de l’écoulement.
Nous voyons que toute représentation d’une réalité quelconque, d’un
phénomène dans un langage descriptif des objets et des rapports entre ces objets, est
une modélisation de système.
Il faut dire qu’en fait, il apparaît plusieurs langages de modélisation qui
admettent les logiques et supports de réflexion suivants :
– la description des objets de l’espace, de l’urbanisation se fait le plus
généralement à l’aide des cartographies et documents topographiques géologiques ;
Réseaux… (Bourrier) 01 0001-0044.indd 2 14/05/2008 10:51:20
© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLa modélisation 3
– l’organisation des réseaux et des relations topologiques à l’aide de la théorie
des graphes et de la schématique de système ;
– la représentation des diverses typologies : démographie, écologie, nature et
occupation des sols, utilisation de l’eau et rejets, etc., à l’aide de cartographie,
« mapping » et diagrammes ;
– la formalisation des fonctions à l’aide des mathématiques et techniques
informatiques associées.
Pour simplifier, il s’agit tant pour évaluer les débits, dimensionner les ouvrages,
que pour les contrôles de fonctionnement et de pollution, d’analyser variables et
relations mises en équation. Et l’on voit très bien qu’en assainissement il s’agit
également d’un système global où tout est en relation, et dépendance, du départ
des zones collectées jusqu’au milieu récepteur aval touché par les déversements.
Par conséquent, c’est bien ce concept de modèle qui convient au domaine, pour
déterminer la réponse d’un bassin versant aux précipitations, ou aux transferts
de flux par temps de pluie ou par temps sec, ou encore aux conditions
d’ensablements ou d’introduction d’eaux claires parasites dans les collecteurs
d’assainissement.
Les modèles appliquent des logiques mathématiques en adéquation avec les
données disponibles et les paramètres les plus représentatifs du phénomène.
Il est communément distingué, selon les variables utilisées et les bases
théoriques intégrées dans leur structure, les familles suivantes :
– les modèles statistiques, tels les modèles de pluies définies à partir de
transformations des données pluviométriques ou d’analyses multicritères ;
– les modèles mécanistes, fondés physiquement sur la description des
processus hydrologiques internes au bassin versant considéré, en appliquant
les lois classiques de la mécanique des fluides. Les équations utilisées doivent
permettre d’appréhender les variations spatiales et temporelles, à partir des
caractéristiques physiques et hydrauliques d’un systèmes hydrologique. On
trouve dans cette catégorie les « outils » d’analyse nécessaires à une réflexion
initiale sur un site ou un patrimoine plus ou moins bien connu. Dans cette
famille, rentrent également les outils « déterministes » à appliquer dans le
dimensionnement des ouvrages ;
– l es modèles conceptuels qui se rattachent généralement à une représentation
simplifiée du bassin versant, en utilisant des équations empiriques pouvant
générer des réponses (débits ou quantité de pollution) à la sortie des
sousbassins assimilés à un ou plusieurs réservoirs. Ces modèles n’ont pas pour
objectif de cerner au plus proche la réalité physique des processus
élémentaires, mais d’essayer d’attribuer un sens aux différents éléments de leur
structure pour reproduire le phénomène de stockage et de vidange exprimant
la quantité en sortie. On trouve dans cette catégorie la plupart des modèles de
simulation qui nécessitent un calage préalable assuré par des mesures in situ ;
– les modèles globaux, qui ne font pas référence aux processus internes du
bassin versant et se comportent comme des « boîtes noires », exprimant sous
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit4 Les réseaux d’assainissement
une forme mathématique et empirique, des relations directes entre les
variables d’entrées et de sorties du système hydrologique.
De ces familles sont issus des logiciels en adéquation avec les réalités
physiques perçues, des espaces, des infrastructures d’assainissement, avec les relations
de différentes sous-fonctionnalités, des champs d’investigations… combinant
l’utilisation de plusieurs types de modèles adaptés, tels :
– les modèles numériques de terrain et du relief ;
– l es modèles structurels de description spatiale et topologique des réseaux,
voies d’eau…
– les modèles de pluies de projet déterminant le spectre hydrométéorologique,
les hyétogrammes…
– les modèles hydrologiques de la transformation pluie/débit ;
– les modèles de contrôle des conditions d’écoulements et de déversements ;
– les modèles de détermination des projets et du dimensionnement ;
– les modèles de qualité, de génération et transfert de flux polluants ;
– les modèles d’évaluation de l’impact des rejets sur un cours d’eau ;
– les modèles de dispersion fluviale et côtière des panaches de rejets ;
– les modèles des transports solides et d’évolution des dépôts dans les
collecteurs ;
– les modèles de restitution des apports d’eaux claires parasites ;
– les modèles de simulation et de régulation des automatismes ;
– les modèles prédictifs de gestion préventive des interventions d’entretien ;
– les modèles physiques de tests des fonctionnements ;
– les modèles d’aide à l’exploitation des stations d’épuration ;
– les modèles technico-économiques et financiers.
Comme dans tout processus d’études, un modèle doit répondre à plusieurs
critères :
– une utilisation pratique où le protocole de mise en œuvre est simple, les
données faciles à obtenir et à mettre en forme, les paramètres correctement
référencés…
– une appréhension des éléments constitutifs des systèmes à étudier selon le
niveau de précision requis sans avoir recours à des artifices, des
simplifications extrêmes ;
– une souplesse de modification et de mise à jour des données, d’introduction
des contraintes et des ajustements de calage…
– une application de méthodes de calculs reconnue de tous ;
– une transparence et une capacité à être pédagogique et compris par le plus
grand nombre.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLa modélisation 5
2. Description de l’espace, du relief et de
l’urbanisation
Le support privilégié de description de l’espace, du relief et de l’urbanisation,
relatif à l’assainissement, demeure la cartographie avec une représentation plus ou
moins fine des objets, de manière à analyser les informations géologiques,
pédologiques, climatologiques, hydrologiques, hydromorphologiques et topographiques.
Figure 1.2 j Relief des bassins versants (autorisation n° 99.0783 © IGN carte IGN n° 7
au 1/100 000).
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit6 Les réseaux d’assainissement
Figure 1.3 j Découpage d’un bassin versant en bassins élémentaires.
Cette analyse est caractérisée par le fait que les données sont volumineuses et
donc elles nécessitent des représentations dessinées qui seules permettent leur
appréhension globale. Ces documents graphiques peuvent correspondre à la
représentation traditionnelle, support à partir duquel on illustre par exemple le relief
des bassins versants (figure 1.2), mais peuvent avantageusement avoir une
représentation simplifiée, caractérisant à grands traits les éléments essentiels. L’idéal
serait même de ne retenir que les objets strictement nécessaires à l’étude.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLa modélisation 7
La description de l’espace étudié et le croisement des strates d’informations
requièrent un découpage et une définition des objets et des entités topologiques
ainsi obtenus (figures 1.3 et 1.17) :
– le bassin versant est un secteur géographique qui est limité par les lignes
de crêtes ou ligne de rencontre des versants vers le haut ou encore ligne de
partage des eaux. Dans un bassin élémentaire, toutes les eaux qui
ruissellent en surface par multiples voies d’eau sont recueillies par une seule ligne
d’écoulement ;
– le sous-bassin est une section de bassin située séquentiellement de l’amont
vers l’aval. À chaque sous-bassin correspond un secteur élémentaire d’étude
pour le calcul des débits générés et il est constitué de une ou plusieurs zones ;
– la zone est une aire qui a des caractéristiques spécifiques, comme par
exemple un coefficient de ruissellement constant, une occupation des sols ou
une activité homogène ;
– le talweg est la rencontre des versants vers le bas, c’est la ligne où aboutit
toute l’eau, d’où qu’elle vienne dans le bassin. L’écoulement dans un talweg
peut être naturel, à ciel ouvert (fossés, canaux) ou par canalisations enterrées.
L’esquisse pédologique (figure 1.4) détermine la nature des sols, la capacité
d’infiltration et les facteurs d’érosion des versants et talwegs.
Figure 1.4 j Bassin versant de l’Ifou – Esquisse pédologique.
Pour effectuer ce découpage, on procède à une analyse du site, on recherche
les limites, les lignes caractéristiques du relief et les accidents topographiques :
fossés, talus, murs… La représentation des courbes de niveau (figure 1.5), plus
finement les agrandissements, la déformée du relief, la vue en perspective
(figure 1.6), sont commodes pour modéliser le terrain.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit8 Les réseaux d’assainissement
Figure 1.5 j Représentation des courbes de niveau.
Figure 1.6 j Agrandissement, déformée du relief, et vue perspective.
Figure 1.7 j Limites hydrologiques et hydrogéologiques des bassins versants (source :
L’eau et la route – Volume 1).
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLa modélisation 9
La superposition des bassins hydrologique et hydrogéologique, contribuant aux
régimes d’un cours d’eau, par une réponse rapide (ruissellement) ou lente
(résurgence), peut ne pas correspondre aux mêmes limites (figure 1.7) et dans ce cas
l’impasse pourrait être conséquente pour les modélisations, notamment celles des
situations de crises, remontées de nappes, piézométries des plans d’eau, apports
d’eaux claires parasites…
De même, en ce qui concerne la contribution différenciée des sous-bassins
ruraux ou urbanisés, où le découpage doit caractériser l’approche modélisée
conduisant à la production de débits composés.
3. L’organisation topologique
La modélisation de l’organisation de l’espace, de zones urbanisées et du
système hydrologique, s’appuie correctement sur une trame carrée qui assure la
structure porteuse des informations sous trois aspects :
La trame hexagonale intermédiaire entre la grille orthogonale et le cercle est
très certainement celle qui convient le mieux à la modélisation des espaces et des
réseaux, à la représentation par exemple des bandes isochrones du ruissellement
(hachurées sur le croquis figure 1.8), des secteurs d’influence, etc.
Les différents réseaux : talwegs du ruissellement, écoulement à ciel ouvert,
collecteurs, répondent sans restriction à une organisation linéaire et la
segmentation topologique concerne les éléments suivants :
N Les tronçons limités par un nœud aval ou nœud origine et un nœud amont ou
nœud extrémité ; les informations associées à un tronçon sont :
– les caractéristiques des sections ;
– les longueurs ;
– les pentes.
N Les nœuds qui limitent les tronçons où sont rattachés :
– les cotes du sol, radier, piézométrique ;
– les appareillages : vannes, déversoirs, pompes… et leurs caractéristiques ;
– les sources et rejets de pollution.
N Les branches, ensembles de tronçons qui caractérisent :
– les itinéraires des flux, les débits ;
– les profils en long des charges hydrauliques et polluantes.
N Les mailles, ensembles de tronçons qui se referment et qui localisent :
– les surfaces d’apports ;
– les zones d’occupation des sols, les coefficients de ruissellement ;
– les populations, les consommations, les rejets ;
– les impacts de pollution et de dépollution.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit10 Les réseaux d’assainissement
Figure 1.8 j Trames et structures porteuses des informations.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLa modélisation 11
N Les structures spatiales, une maille peut être interprétée comme un volume si
elle représente par une couleur convenue ou par des tons plus ou moins foncés ou
par une vue axonométrique, des strats d’informations tels :
– la nature des sols ;
– la démographie ;
– l’intensité pluviométrique ;
– la typologie des effluents ;
– la hauteur des constructions ;
– la sensibilité du milieu…
Cette représentation à trois dimensions qui contient en fait plusieurs grilles
horizontales (niveaux) permet de sélectionner rapidement les informations selon
certains critères. Par exemple :
– « Quelle est l’emprise au sol des constructions dont la hauteur est supérieure
à 15 mètres (R + 4) » ;
– ou encore : « Quelles sont les zones les plus sensibles à un rejet ».
L’organisation topologique, figure 1.9, se schématise comme suit :
Figure 1.9 j Organisation topologique : visualisation des représentations
d’appartenance.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit12 Les réseaux d’assainissement
4. La représentation des diverses typologies
L’étude démographique, le nombre d’habitants, d’emplois sur une zone,
transformés en équivalents habitant, ne donnent pas pour autant une représentation
claire de la typologie des rejets par exemple.
Et, pour rendre compréhensibles les apports, leurs modulations dans le
temps, etc., il est indispensable de faire appel aux techniques de visualisation du
mapping, des histogrammes et diagrammes.
Figure 1.10 j Occupation du sol hors agglomération.
De même, les coefficients de ruissellement sont des variables abstraites qui ont
besoin pour être définies, d’une visualisation des différentes portions
d’occupaRéseaux… (Bourrier) 01 0001-0044.indd 12 14/05/2008 10:51:22
© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLa modélisation 13
tion des sols ou de la mosaïque de l’assolement ; c’est le cas de la représentation
en histogramme figure 1.10 qui donne les poids relatifs de chaque catégorie de
culture.
Chaque fois que cela est possible, on définit les différents composants d’une
typologie ou d’une classification et l’on produit les supports graphiques
nécessaires à la compréhension.
Les zones d’occupation des sols en milieu urbain peuvent être caractérisées de
manière plus précise que par l’estimation de la densité (nombre de logements à
l’hectare…) ou le coefficient d’occupation des sols (COS), mais par l’analyse de la
part constitutive de chacun des éléments suivants :
Figure 1.11 j Exemple de décomposition d’un secteur pavillonnaire de surface de
2400 m par parcelle.
Chacun de ces éléments peut être classé en fonction de la répartition courante
par degré de densité de l’habitat ou toute autre catégorisation. On trouvera
ci-après une classification donnée à titre indicatif et le coefficient de ruissellement
résultant.
Ces méthodes d’analyse d’un tissu urbain quelconque, à l’aide d’une
cartographie, consistent à :
– hiérarchiser les zones d’occupation des sols par une polychromie ou une
trame de plus en plus dense, par catégorie croissante de 0,05 en 0,05, soit un
mapping correspondant à un panel de 0,01, 0,05, 0,10,…, 0,95, 1 ;
– prélever des échantillons témoins dans chaque catégorie et faire une analyse
des éléments constitutifs présentés figure 1.11 (emprise du bâti…).
On effectue ainsi une extrapolation des coefficients C de chaque secteur témoin
à l’ensemble des zones d’occupation des sols catégorisées.
Des méthodes d’analyses informatisées existent, à l’Institut géographique
enational, qui permettent, à partir des cartes IGN à l’échelle du 1/25000 , de
déterminer les coefficients d’occupation des sols.
D’autres méthodes d’analyses de sites permettent une définition fine des
bassins, sous-bassins et zones d’occupation des sols, des sens d’écoulements, La
répartition par classe de pente (figure 1.12) est l’un des moyens, lorsqu’il subsiste
quelques imprécisions sur les limites et sur la localisation des lignes
d’écouleRéseaux… (Bourrier) 01 0001-0044.indd 13 14/05/2008 10:51:22
© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit14 Les réseaux d’assainissement
Tableau 1.1 j
2Surface en m par logement Coefficient
CDensité Emprise Jardin Espace Voirie
t pondéré(nombre lgts/ha) bâtie privatif collectif station
5 à 15 150 500 200 150 0,20
15 à 25 100 200 100 100 0,30
25 à 50 70 100 100 80 040
50 à 100 40 40 40 30 0,60
> 100 10 – 40 30 0,80
Figure 1.12 j Répartition de la superficie de chaque sous-bassin par classe de pente
(source : IGN).
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLa modélisation 15
ment, d’affiner la modélisation des espaces. Elle permet surtout de paramétrer les
1coefficients de ruissellement en fonction du relief .
Le paramètre « sol » est à appréhender sous divers aspects, à l’aide d’un support
multicouche, en adéquation avec la structure de l’organisation topologique retenue
(ramifiée, maillée et spatiale ; cf. § 3 ci-dessus), dont les caractéristiques sont :
– la géomorphologie du site, sa pente qui en sol de stabilité précaire dans des
terrains non cohérents peut devenir instable par suite de saturation ;
– la couverture végétale, la nature, la granulométrie des sols en surface, leur
état (permanent ou variable, cas des sols cultivés), leur perméabilité, leur
comportement au ruissellement et l’arrachement des matériaux susceptibles
d’être entraînés pour générer des dépôts dans les collecteurs ;
– la modification de la structure du sol, suite à des travaux de terrassement et
de remblaiement, des fouilles en tranchée sans prise en compte des
phénomènes d’homogénéité, de décompression, de glissement, d’effondrement…
pouvant se produire par le ruissellement, l’infiltration et l’écoulement
souterrain de surface ;
– la qualité des milieux, de leur contenu biologique, de leur contribution à la
rétention des flux, de l’impact des rejets d’assainissement…
La définition du coefficient de ruissellement C (cf. tableau 3.1) est une
composante de ces caractéristiques nécessaire à l’approche modélisée des sites et des
milieux naturels.
5. La saisie de données et l’archivage
En France, les compétences en hydrologie et hydrogéologie sont partagées entre
la Météorologie nationale, le BRGM, les DIREN, les agences de l’eau, les
administrations déléguées, les conseils généraux, les collectivités, les exploitants d’eau
et de nombreux intervenants comme les bureaux d’études, les autres prestataires
spécialisés, les universités, les associations, etc. Les acteurs sont donc variés et
l’information dispersée. L’État et les établissements publics gèrent des réseaux
de connaissance patrimoniale qui assurent un suivi de l’évolution générale des
milieux aquatiques sur les plans qualitatif et quantitatif, mais il existe aussi des
centres locaux de gestion, à l’échelle d’une nappe, d’un cours d’eau ou d’un bassin
versant. Les données sont incluses dans le réseau national des données sur l’eau
(RNDE) et reprises dans le système national d’information sur l’eau. À l’échelle
du bassin, l’agence de l’eau assure la maîtrise des réseaux de qualité des eaux
de surface et des eaux souterraines, le suivi quantitatif est assuré par les DIREN
pour les eaux de surface et par le BRGM pour les eaux souterraines. On peut
également signaler :
1. Cf. annexe 5, le tableau des coefficients de ruissellement moyens et les facteurs d’adaptation
en fonction de la pente de la zone.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit16 Les réseaux d’assainissement
2– I nfoterre, banque du sous-sol du BRGM, accessible sur internet et qu’il est
intéressant de comparer au site de l’USGS (United State Geological Service) ;
3– ADES, banque d’accès aux données des eaux souterraines ;
– HDRO, base de données hydrologiques et hydrogéologiques du RNDE et de
4l’agence de l’eau, lui aussi accessible sur internet ;
– IGN, banque de données Carto, ortho, topo, cadastre…
La prise de données par digitalisation, scannérisation, devenue maintenant
courante, permet suivant les domaines : cartographie, mapping, relevé de courbes,
5graphiques…, la numérisation des informations .
Cette méthode de numérisation des informations se révèle la mieux adaptée
aux nécessités des études pour plusieurs raisons :
– le volume important des informations rend fastidieux les tris, classifications
et transformations « manuelles » ;
– l’enrichissement continu au fur et à mesure de l’avancement d’une étude, la
recherche de plusieurs solutions variantes, et les modifications sont d’autant
plus faciles que les données sont structurées et hiérarchisées ;
– la restitution infographique permet non seulement le contrôle visuel de ces
données mais constitue le support de dialogue nécessaire aux différents
intervenants dans le processus d’étude.
C’est de la qualité des données que dépend la précision des calculs qui s’ensuit.
L’archivage des données géométriques et physiques des réseaux, l’inventaire
de l’occupation des sols entraînent, pour les grandes agglomérations, un volume
très important de données auquel on ajoute les données pluviométriques,
économiques…, celles-ci pour être exploitées correctement doivent être ordonnées et
structurées dans « une centrale de données ».
L’objet du sujet n’est pas de développer les moyens disponibles de prise de
données, la structuration des informations et l’organisation d’une telle centrale
de données, disons sommairement que son organisation est relativement simple
puisque les caractéristiques des réseaux, les populations raccordées et
l’occupation des sols sont rattachés entre autres à la description topologique.
L’exemple d’application que l’on propose est un modèle voulu simple de
manière à appréhender globalement les caractéristiques principales des cinq
bassins de 100 hectares au total. On donne figure 1.13 le zoning de l’urbanisme et
figure 1.14 les esquisses de sa modélisation.
2. www.infoterre.brgm.fr.
3. http://water.usgs.gouv.
4. http://hydro.rnde.tm.fr.
5. Information signifie au sens strict « mise en forme ».
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLa modélisation 17
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Figure 1.13 j Esquisse d’urbanisme, découpage du secteur d’études en bassins et sous-bassins, grille de la prise de données.18 Les réseaux d’assainissement
6. Les moyens informatiques dans le domaine
Les moyens informatiques tant en matériel qu’en logiciel ont considérablement
évolués depuis les quelques quarante années qu’ils sont utilisés dans le domaine,
à un point tel qu’on avoue aujourd’hui éprouver des difficultés à faire des choix
de configuration, et à juger de l’adaptabilité des logiciels disponibles aux divers
types d’applications.
Le principe que l’on peut avancer aujourd’hui est de retenir une
micro-informatique puissante, très abordable, et des logiciels fondés sur des technologies
standard qui doivent constituer pour l’utilisateur sa « boîte à outils » diversifiée,
interchangeable, d’application souple, intégrée à une plateforme collaborative,
interactive et conviviale entre les acteurs.
Il peut en effet facilement communiquer à travers les réseaux :
– intranet limité à un environnement interne de la collectivité ;
– e xtranet pour la consultation intercommunale et en externe avec les services
associés ;
– i nternet en ayant accès à toutes sortes de ressources d’applications via un
navigateur.
Exemple de réseau
À charge pour lui d’effectuer les articulations et développements spécifiques à
son secteur technique et adaptés à son processus méthodologique.
Néanmoins, on peut distinguer les logiciels de type courant comme :
N Les outils de prise de données, d’aide à la digitalisation, à la mise à jour des
informations graphiques et des fichiers qui leur sont associés sur lesquels peuvent
opérer des logiciels de transformation et de traitement de données, comme par
exemple sur les valeurs des mesures des hauteurs d’eau en continu H (t)
transformées en débit Q (t), avec la détection et correction de valeurs erronées ou
douteuses saisies sous Excel…
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Figure 1.14 j Esquisses informatiques de la modélisation.
N Les modules de dessin assisté (DAO) qui exécutent les plans, schémas de
réseaux, détails d’ouvrages, qui permettent l’interprétation fiable et aisée des
résultats, qui multiplient les possibilités d’éditions de documents thématiques en
couleur, histogrammes, et autres représentations (logiciels Lotus, Autocad…).
N Les méthodes de traitements numériques pour l’élaboration des cartes
thématiques, la production rapide et économique de spatiocartes, appliquées
notamment dans le cadre de la télédétection aérienne ou par satellite (Spot images
figure 1.15) avec prises de vues par procédés spéciaux de thermographie
infrarouge dit de « fausses couleurs » sont particulièrement bien adaptées aux analyses
fines de sites, usages des sols, hydrogéologie, courantologie, pollution…
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit20 Les réseaux d’assainissement
N Les représentations d’images numérisées et analogiques scannérisées qui,
à l’aide de petits carrés élémentaires (pixels), dont chacun représente une infime
portion d’image avec l’information qui lui est liée, conviennent à de multiples
applications.
Figure 1.15 j Télédétection satellite SPOT images.
N Les systèmes de suivi du patrimoine, de maintenance des installations et
des réseaux. Plusieurs agglomérations se sont dotées de systèmes d’informations
localisées destinés à coordonner dans l’espace urbain, l’utilisation du sol et les
réseaux en sous-sol, qui reposent généralement sur le support cadastral numérisé
ou d’une représentation par un réseau filaire dans l’axe des voies, type Arc Info,
permettant la géocodification de toutes les données, à laquelle sont associées des
illustrations, photographies et autres représentations de sites.
N Les systèmes-experts qui incorporent le savoir-faire, les pratiques et
expériences des techniciens dans les divers domaines sous la forme de règles de
diagnostic, et de règle de décision fournies par les décideurs des services
d’assainissement. Ces règles peuvent être modifiées et enrichies au gré des utilisateurs
du système-expert qui est capable de raisonner avec des informations incertaines,
incomplètes, et de présenter le résultat de ces raisonnements sous formes
graphiques entre autres.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLa modélisation 21
Figure 1.16 j CAO et GAO postes de travail du concepteur et du gestionnaire.
N La conception assistée par ordinateur (CAO) : l’évolution des applications
informatiques depuis les débuts jusqu’à nos jours a été marquée par trois étapes :
– la première a consisté à utiliser l’ordinateur pour mettre au point et appliquer
des programmes informatiques conçus indépendamment les uns des autres,
intervenant ponctuellement dans un domaine technique bien précis et
nécessitant des interventions « manuelles » pour pouvoir passer d’une partie
d’application à une autre ;
– l’étape suivante a consisté à rechercher une plus grande automatisation.
Aussi, on a intégré plusieurs programmes pour constituer une chaîne de
traitement relative à une technique bien définie, dont le rôle n’est plus seulement
le simple calcul mais le stockage et l’organisation de l’information ;
– la troisième étape aboutit à la mise au point d’un système « plus général » et
plus souple par l’utilisation d’algorithmes indépendants et intégrés en
assurant la transmission de l’information entre des applications très différentes.
L’idée majeure est l’association homme-machine plus évoluée encore que le
classique couple « clavier-souris », interaction multimodale pour concevoir
mieux en s’appuyant sur une formalisation des objets décrits, saisis (par
divers périphériques : digitalisation, scannérisation, topométrie…) ou stockés
en infothèque. On obtient ainsi une maquette numérique du projet. Sur
celleci s’appliquent des outils modeleurs, s’opèrent des manipulations, des
transformations, des assemblages d’éléments constitutifs, d’objets volumétriques…
et leurs insertions dans le contexte environnemental.
L’interface homme-machine, illustrée figure 1.16, doit se conformer aux modes
opératoires des outils bureautiques PC, ce qui permet de bénéficier d’un
environRéseaux… (Bourrier) 01 0001-0044.indd 21 14/05/2008 10:51:23
© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit22 Les réseaux d’assainissement
nement standard et accessible par tous les utilisateurs, et l’export des informations
sur les sites de maîtres d’ouvrage, d’œuvre…
L’interface graphique permet une homogénéité dans la présentation des
données et des résultats, la génération multi-axes et à axes inversés totalement
paramétrables, la visualisation dans l’espace des différents composants du
système assainissement ou d’ouvrage à partir de support standard d’information
graphique (MapInfo, ArcInfo…).
N Les systèmes complexes de traitement : pour appréhender les phénomènes
hydrologiques, les mécanismes de collecte, de transfert, d’épuration et le
fonctionnement des réseaux et ouvrages annexes, il est nécessaire de mettre au point une
véritable méthodologie, confortée des différents types d’outils informatiques et
6modèles mathématiques énoncés ci-dessus, qui permet de diagnostiquer, simuler
et enfin résoudre les problèmes techniques, d’effectuer des choix économiques
au cas par cas, tout en restant fidèle à l’ensemble des pratiques et mises en œuvre
traditionnelles.
Un système adapté à l’ensemble du domaine vise plusieurs objectifs :
– l a prise de données systématique et globale des informations permanentes,
favorisant ainsi la modélisation d’un site et de son système hydrologique ;
– l’archivage des données générales, des caractéristiques physiques et
hydrauliques des réseaux constitue une base documentaire sur laquelle on peut opérer
des calculs, des mesures de flux…
– le traitement des informations doit permettre la reprise fréquente des calculs,
des simulations et la fourniture continuelle de nouveaux résultats
d’investigations, de contrôle d’état, de qualité…
– le souci de rationalisation, de normalisation des études et de l’exploitation ;
– l a rentabilité des investissements ainsi qu’une bonne connaissance des coûts
d’exploitation et d’entretien.
Ces diverses études de réseaux d’assainissement complexes sont établies à
partir d’un volume considérable de données qui ont fait naître l’idée de système
d’informations localisées pour les agglomérations importantes et le concept plus
modeste de centrale de données techniques pour les agglomérations de moyenne
importance.
Le domaine concerné par cette gestion informatisée des réseaux comporte des
structures administratives et techniques qui ont été hiérarchisées selon
l’organisation topologique (cf. § 3.).
Les fichiers des entités graphiques et des informations associées qui sont issus
de l’organisation topologique et de la structuration des données (figure 1.17), sont
schématisés ci-après :
6. Cf. réflexion sur les modélisations (chapitre 9 § 8).
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLa modélisation 23
j Organisation et relations entre fichiers.
A – Fichier unité technique ; B – Fichier communes ; C – Fichier branches ; D – Fichier
tronçons ; E – Fichier nœuds ; F – Fichier ouvrages spéciaux ; G – Fichier sources de pollution ; H
– Fichier industries ; I – Fichier travaux ; J – Fichier moyens.
Ce système d’études et d’exploitation des ouvrages doit comporter au minimum
les familles d’informations suivantes :
1) Les informations de base qui dépendent de la connaissance que l’on a,
constituent la partie permanente du système, ce sont par exemple les
représentations graphiques des fonds de plan qui demeurent relativement stables (le noyau)
et qui assurent la description de l’environnement (voiries, constructions, espaces
naturels) par la symbolique cartographique habituelle, selon les échelles
considérées.
2) Les documents par techniques, représentation des éléments constitutifs
d’un réseau d’assainissement par exemple (canalisations, branchements, regards,
bouches, chambres, ouvrages spéciaux…). Ceux-ci se différencient en fonction de
el’échelle : par exemple au 1/5000 , on ne représente pas les regards, les bouches…
eet les réseaux sont schématisés. En revanche, au 1/200 un regard est implanté
avec précision et dessiné aux dimensions. Les informations descriptives sont
également différentes.
3) Les informations relatives à des besoins spécifiques partiels, ce sont
essentiellement :
– les données de calculs, de description, de réalisation, de gestion ;
– les traitements appliqués aux données qui dépendent des activités et qui
constituent la partie évolutive du système, c’est par exemple l’étude
hydrologique qui nécessite des données sur les précipitations, l’analyse de site, des
diagrammes, schémas, plans, mesures…
74) Les logiciels de simulation intégrée (hydrologique et hydraulique) d’un
système d’assainissement activent des fonctions de liaisons avec les systèmes
d’informations, ou les bases de données urbaines, ou les systèmes-experts…
7. Tel le logiciel hydroworks et infoworks module SIG associé aux algorithmes de calculs.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit24 Les réseaux d’assainissement
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Figure 1.17 j Organisation topologique et de structuration des données (source : Communauté urbaine de Dunkerque).
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Figure 1.18a j Informations graphiques et descripteurs.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit26 Les réseaux d’assainissement
Ainsi, le système se doit dans l’organisation des fichiers, de les différencier
par technique (eaux pluviales, eaux usées, eau potable…) et par nature de besoins
(hydrologie, hydraulique, projets…), que nous avons représentés par une sphère
qui est à la fois une orange et un oignon, c’est-à-dire constituée de quartiers et de
peaux (figure 1.18b).
Figure 1.18b j Organisation des fichiers.
N Les systèmes d’informations : l’importance quantitative et diversifiée des
données relatives aux patrimoines urbains, et celles en relation directe avec les
réseaux d’assainissement et les espaces concernés par la collecte, ont fait naître
l’idée de systèmes d’informations géographiques ou localisés.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLa modélisation 27
N Les systèmes d’informations géographiques (SIG) ont pour objet la gestion
technique de l’ensemble des patrimoines urbains et domaines de références
associés tels les plans topographiques et parcellaires, les éléments d’urbanisme, les
divers réseaux. C’est donc un ensemble de données évolutives, organisé pour être
utilisé par des logiciels multiples, d’études spatiales et de restitutions graphiques,
8eux-mêmes évolutifs .
Les enjeux et perspectives actuelles des relations SIG s’orientent plus
largement vers d’autres usages : les organisations, les participations citoyennes, les
gouvernances des grandes métropoles ou des spécificités géographiques
régionales, comme par exemple les espaces protégés de littoral, contre les risques de
pollution…
N Les systèmes d’informations localisées (SIL) s’attachent plus généralement
à une seule application thématique, des fonds de plans scannérisés ou du cadastre
numérisé ou d’une digitalisation simplifiée, et sur une base de données
structurées, sur laquelle sont exploitées toutes les informations relatives aux usagers, aux
réseaux, aux traitements et aux milieux naturels (rivière, nappe…).
La structure arborescente des systèmes d’assainissement répond sans
restriction à l’organisation des entités topologiques décrite ci-dessus (figure 1.17) qui sur
les éléments constitutifs s’attachent les caractéristiques et les attributs suivants :
• le nœud : point du réseau le plus souvent matérialisé par un regard de visite
mais également par une chambre, un poste de relevage, peut être le point d’origine
du réseau, la limite d’un tronçon, de convergence de plusieurs branches, d’une
source de pollution ou d’un exutoire, d’une arrivée à la station d’épuration ou de
rejet dans un cours d’eau. On peut distinguer deux types de nœuds :
– le nœud simple sur lequel on attache le minimum d’informations
(coordonnées x, y, cotes tampon, radier : Z , Z …). Il présente de l’intérêt pour t r
caractériser de profil en long, le plan et pourrait cependant devenir un point
névralgique ;
– l e nœud névralgique : point caractéristique du système pour lequel on dispose
de nombreuses informations (coordonnées, cotes, mesures hydrauliques et de
polluants (état physique, piézométrique…) et qui permet de suivre l’évolution
du système (raccordement de nouveaux usagers, contrôle fonctionnel, sources
de pollution, entrées dans les ouvrages particuliers, points de rejet…). À un
nœud névralgique peut être rattaché un ouvrage spécial, un organe
d’automation…, chacun caractérisé par une fiche descriptive mémorisée ;
• le tronçon : c’est un segment de collecteur entre deux nœuds, sous-divisé en
sous-tronçons limités par des nœuds simples, qui détermine :
– la section de canalisation ou le gabarit d’ouvrage ou le bief de cours d’eau ;
– les dimensions (longueur, pente…) ;
– les caractéristiques physiques (nature, état, interventions de travaux), et sur
lequel il convient par exemple de s’assurer de son étanchéité, primordiale
8. Les SIG connus sont gérés par des prologiciels orientés, livrés « clefs en main ».
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit28 Les réseaux d’assainissement
pour garantir l’évacuation des eaux résiduaires sans qu’il y ait perte dans le
milieu environnant ou intrusion d’eaux claires parasites de nappe ;
– les conditions hydrauliques (mises en charge, vitesses…) ;
– les paramètres qualitatifs d’un « casier » de voie d’eau.
Un tronçon peut être affecté à un ouvrage particulier (déversoir, poste de
relèvement…) qui comporte un nœud entrée, un nœud de sortie avec une modification
des conditions de transfert entre les deux ;
•  la branche : ensemble de tronçons limité par un nœud névralgique de
confluence, sur laquelle se synthétisent les informations de la collecte de rues ou
de zones, les conditions d’écoulements et de transit des flux, de préciser ainsi les
limites d’acceptabilité de chaque tronçon constitutif de la branche. L’intérêt est de
mettre en évidence sa dynamique d’écoulement (débits, piézométrie) à partir des
résultats de mesures in situ.
Sur les branches principales se synthétisent les informations pour disposer du
bilan à l’aval d’un secteur déterminé ;
•  la zone : division du sous-bassins en aires d’occupation des sols,
d’urbanisation ou d’activités ayant un coefficient de ruissellement homogène (ou limité
en application de l’article 35 de la loi sur l’eau du 3 janvier 1992), une valeur de
population (résidente, touristique…), d’activités, d’emplois, équivalents habitants,
une consommation d’eau et une restitution d’eaux usées. Pour les industriels, les
différentes sources d’approvisionnement en eau (réseau AEP, eau souterraine, de
surface) et les diverses destinations des rejets (réseaux assainissement, milieux
naturels) ;
• le bassin élémentaire : est l’aire collectée par une branche principale de
collecteur caractérisée par les paramètres morphologiques, hydrologiques et de pollution
et qui génère les eaux de ruissellement ou les eaux rejetées par temps sec ;
•  le sous-bassin : est le secteur de bassin élémentaire situé séquentiellement
de l’amont vers l’aval, composé d’une ou plusieurs zones, correspondant à un ou
plusieurs tronçons, avec un nœud névralgique à l’aval qui fournit les résultats
intermédiaires de calculs ;
• le bassin versant : est l’espace hydrologique limité par les lignes de crête et
constitué d’un ou plusieurs bassins élémentaires où toutes les eaux aboutissent à
un exutoire ;
• l’unité technique : regroupe les communes ou parties de communes
desservies aboutissant à une unité de traitement et récapitule les données générales
(démographies, activités…), les valeurs d’exploitation (flux collectés, transités,
traités), les bilans de dépollution et de rejets.
Sur cette structure topologique, il convient généralement de rechercher une
approche pragmatique au travers d’une modélisation synthétique.
En effet, pour une ville moyenne, les données essentielles retenues,
concernent environ 5 000 nœuds, 5 000 tronçons et beaucoup plus avec la gestion des
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLa modélisation 29
branchements d’usagers, 200 branches, 1 000 zones, 200 bassins élémentaires,
et conduisent à 12 000 éléments topologiques, à qui peuvent être affectés entre
20 et 40 variables caractéristiques ou attributs, qui totalisent un minimum de
300 000 informations. On voit ainsi la nécessité de se cantonner aux données les
plus pertinentes et de préciser que ce n’est pas la structure qui est à réduire.
L’objectif essentiel du SIL est de fournir un outil facilement utilisable, même si
celui-ci nécessite un échelonnement dans le temps des applications et des
simplifications. Le suivi de l’état général peut être abordé différemment pour établir le
diagnostic. Il suffit par exemple, d’un recueil simple des caractéristiques d’état,
résumé par trois situations codées : MAUVAIS (0), MOYEN (1), BON (2), puis
d’associer l’âge présumé ou des classes d’âges… La procédure de recensement des
défauts apparents ne peut s’envisager qu’au fur et à mesure des inspections. Les
applications sur la structure décrite ci-dessus, de modèles simples de génération
de débits, de contrôle des conditions d’écoulements, de production des flux…,
donne des valeurs initiales de références à comparer aux résultats d’investigations
in situ.
Les travaux envisagés ou réalisés se localisent et les informations (date, mode
d’intervention, temps passé par les équipes, matériels, coûts…) mette en évidence
des dégradations anormales, réitérées ou trop fréquentes des ouvrages concernés,
ou tout simplement pour améliorer la logistique d’entretien, de réhabilitation, de
renouvellement…
Les opérations permanentes et continues de suivi, de pilotage des
installations, de prévention d’état de crise, nécessitent une gestion des ressources et des
moyens.
Un système d’information localisé (SIL) ne peut à lui seul synthétiser
l’ensemble des caractéristiques, fonctionnements, mécanismes du système : collecte
– transit – traitement, permettant de résoudre les problèmes techniques,
économiques, et écologiques. Aussi, une base documentaire organisée, peut être associée
à l’organisation topologique décrite ci-dessus. Le principe le plus simple consiste,
dans un premier temps, à l’établissement d’une fiche de synthèse informatisée
pour chaque étude, dossier de plans, rapport d’exploitation, d’investigations…,
et à établir la liaison de cette « fiche » au SIL par l’intermédiaire d’un attribut
associé aux enregistrements d’informations localisés sur les nœuds, tronçons…
selon l’objet d’ensemble ou partiel du document.
Les données fondamentales, de conception, de réalisation, d’exploitation et de
gestion sont résumées sur le tableau synoptique figure 1.19.
N Les systèmes de télégestion : l’informatique liée aux procédures
réglemen9taires d’autosurveillance des systèmes d’assainissement s’inscrit pour la
collectivité et l’exploitant dans une démarche de suivi en continu, d’efficacité et de
qualité du service. Le système informatique centralisé s’appuie sur un progiciel
moniteur de supervision des appareillages dans les réseaux et ouvrages, en temps
9. Cf. chapitre 9 § 8.2. Le diagnostic permanent.
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Figure 1.19 j
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réel, complété par un serveur gestionnaire de base de données pour une
exploitation en temps différé.
7. La cartographie des réseaux et des connexes
7.1. Fond cartographique et plan de récolement
Les produits cartographiques les plus efficaces et largement disponibles sont :
– Géoportail de l’IGN, à partir duquel on obtient les cartographies générales
et spécifiques, les photos aériennes numérisées et géoréférencées dans le
système de coordonnées planimétriques (x, y, z, Lambert) ;
e– SCAN 25, fonds cartographiques à l’échelle du 1/25000 complétés par MUT
BD Alti maillé, BD Ortho…
e– les planches cadastrales des communes à l’échelle du 1/500 vectorisées et
géoréférencées — ainsi la continuité du territoire est assuré, notamment avec
l’intercommunalité.
C’est par conséquent sur ces produits que se créent les descriptions d’entités
hydrologiques, les couches de la saisie des réseaux et des ouvrages
d’assainissement, sur fichiers Autocad (format dxf) orientés selon les besoins.
L’IGN a réalisé, avec la couverture orthophotographique de la France, un
géoréférenciel numérique à grande échelle de précision (de l’ordre du mètre)
destiné aux collectivités territoriales. Tout point ou objet de cartographie peut
ainsi être archivé sur support numérique avec une quantité d’attributs permettant
au besoin une représentation en trois dimensions.
La BD ortho (composante « images ») et la BD topo (composante « données »)
auxquelles sera intégrée la BD parcellaire permettent des restitutions
d’orthophotographies couleurs, support indispensable aux études d’analyses de site, de
découpage en sous-bassins et zones d’occupation des sols, de classes de relief, et
autres sectorisations.
Dans tous les processus d’étude et de gestion des patrimoines, le problème
majeur est l’exploitation des données disponibles. On imagine assez bien le
nombre très important d’informations nécessaires pour appréhender les espaces
urbains et les réseaux qui se longent et se croisent en tous sens dans le sol,
d’autant qu’on peut difficilement décrire ceux-ci en totale indépendance les uns
des autres. Ces données relatives à une application d’étude et de gestion, en
assainissement, impliquent non seulement la description du relief des bassins versants,
de l’urbanisation et des réseaux, par divers plans topographiques, parcellaires,
récolement, mais également les informations associées, telles que la nature des
sols, les populations raccordées, le contexte socio-économique, les
caractéristiques physiques et hydrauliques de ces réseaux.
En résumé, il s’agit, tant pour élaborer les projets que pour les contrôles de
fonctionnement, de caractériser un élément par l’image et l’information associées.
Aussi, on abordera dans ce qui suit « une autre manière » de concevoir et de gérer
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit32 Les réseaux d’assainissement
le patrimoine urbain, à l’aide de systèmes de gestion pouvant s’adapter en
permanence et avec souplesse à l’évolution.
À l’origine, le plan topographique considéré comme un détail cartographique
représentait avec rigueur le relief, les accidents de terrain, les constructions. Il fut
toujours établi avec beaucoup de soin, jusqu’au point de lui conférer une valeur
artistique, donc long à élaborer et pas toujours mis à jour, ni cohérent entre eux
en ce qui concerne les échelles, les références géodésiques, le niveau de
définition des objets, aussi n’a-t-on jamais pu disposer d’une couverture urbaine
suffisante. De plus, l’essor des besoins d’équipements a exigé des fonds de plan et,
comme on ne pouvait pas présumer d’une utilisation précise, on établissait le levé
topographique pour le destiner à tous usages, contenant ainsi les informations
les plus diverses. Par ailleurs, la pénurie en la matière a conduit à la production
anarchique de toutes sortes de plans, croquis, détails, Les services techniques des
municipalités se trouvent aujourd’hui devant un volume important de documents
graphiques dont l’utilisation ne s’avère pas suffisamment fiable, difficile à
coordonner, à mettre à jour…
En bref, les supports graphiques traditionnels sont à repenser.
Notre époque est marquée par une augmentation des exigences sociales en
matière de services publics, de protection du cadre de vie contre les nuisances,
notamment la pollution des eaux, qui conduisent à rechercher de nouvelles
approches pour maîtriser la gestion urbaine. Elle est marquée également par une
demande accrue d’informations en quantité et qualité, imposant simultanément
une diminution des coûts de production des documents, nécessaires aux réseaux
d’informations au plus grand nombre.
Pour faire face à la demande, le travail de l’urbaniste, de l’ingénieur, du
technicien sanitaire…, ne peut plus s’exercer dans les mêmes conditions que par le
passé. Hier, on connaissait les mêmes employés municipaux gérant un réseau
durant plusieurs décennies. Tous les éléments : plans et réalisations, leur étaient
connus. Depuis, les mêmes personnels sont davantage mobiles, se retrouvent au
centre de circuits plus complexes d’informations qu’ils doivent traiter au mieux,
plus rapidement.
Plus que jamais, le langage graphique demeure la forme de communication
humaine la plus familière, la plus synthétique et la plus précise. Le dessin est
essentiel pour caractériser un objet et pour appréhender les relations spatiales et,
plus encore, en ce qui concerne les réseaux souterrains. La perception visuelle la
plus commode est évidemment le plan sans lequel on ne peut effectuer les
inspections, visites…, et encore moins réaliser les travaux.
Le plan de récolement, indispensable aux études, à l’exploitation et à
l’entretien des réseaux, doit comporter au minimum les deux groupes d’informations
suivantes :
– une description de l’environnement (voirie, constructions…) permettant de
localiser un réseau ;
– une représentation des éléments constitutifs du réseau (canalisations, regards
de visite, bouches, branchements…).
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLa modélisation 33
Ainsi on constate, contrairement à ce qui se faisait par le passé, que les
informations descriptives du contexte géographique peuvent être réduites au minimum
nécessaire au repérage des points d’accès au réseau. Il est inutile que ce type de fond
de plan comporte la presque totalité des informations cadastrales et topographiques,
comme le montre l’exemple ci-après, comparé à une représentation simplifiée qui
porte cependant les branchements (figure 1.20). Ce surplus d’informations n’offre
que peu d’intérêt, et même, risque de nuire à la compréhension. Un plan clair est
celui qui ne comporte que l’essentiel des objets intéressant un sujet donné.
Figure 1.20 j Comparaison de la qualité des extraits de plans schématiques.
L’idée répandue depuis peu, est de tenter un prolongement ou un tronc commun
à l’étude et à l’exploitation d’un réseau. Et, dans quelle mesure les outils
peuventils être communs ? Pour bien comprendre l’intérêt de cette question, il faut bien
définir ce que recouvre la « gestion des réseaux ». Pour un exploitant, gérer
un réseau, c’est assurer l’entretien courant (curage, dessablement…), éviter les
bouchages, débordements…, en somme, tout ce qui peut contribuer au désordre
fonctionnel. Les actions commencent par la connaissance du réseau à gérer, donc
par l’établissement des plans de récolement les plus complets possible, en ce qui
concerne les ouvrages, la mise à jour régulière au fur et à mesure des inspections.
Notons, avec réalisme, que le patrimoine et le fonctionnement ne sont pas toujours
bien connus, notamment en réseaux séparatifs où les branchements eaux usées ont
été réalisés sur le pluvial et, réciproquement. Dans le cas de réseaux unitaires, les
problèmes sont d’un autre ordre, bien que le fonctionnement soit simplifié. Par
conséquent, il faut préciser que ce n’est à l’état initial que la cartographie peut
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit34 Les réseaux d’assainissement
être mise à jour, mais seulement au fur et à mesure des investigations in situ, du
recueil et du dépouillement des informations anciennes (plans, croquis…),
cellesci devant être analysées et coordonnées, voire normalisées. On peut formuler cette
idée avec les systèmes interactifs graphiques.
Dans le processus d’informatisation de l’assainissement et des réseaux divers,
seul un archivage des informations associées au dessin permet de s’y retrouver.
En effet, on ne peut raisonnablement envisager la numérisation d’un réseau
quelconque (voirie, assainissement…) sans support graphique.
Les logiciels, orientés vers les applications d’infrastructures urbaines, reposent
donc, au premier degré, sur la représentation des entités graphiques.
Les systèmes proposés de répertoires géographiques, fichiers, banques de
données, cartographie urbaine, les plus couramment utilisés, sont ceux relatifs à
l’urbanisme et la gestion des espaces urbains ; ils peuvent néanmoins être
applicables ou constituer des supports communs à toutes les infrastructures urbaines.
Les applications de relevé, d’aide à la conception et à la gestion des réseaux
d’assainissement, développées depuis quelque temps et en constante progression,
assurent :
– la prise de données et le relevé en interactif de toutes sortes de fonds de plan,
à des échelles différentes, à des degrés de définition variables, à partir d’originaux
ayant des qualités graphiques diverses, de la manière la plus simple possible et la
plus proche des habitudes du dessinateur. On peut, par exemple, relever par une
digitalisation rapide les voiries et l’essentiel des objets qui caractérisent
l’urbanisation : les limites de parcelles en façade, les constructions, dans les conditions où
sont connus ces objets, à un moment donné.
La nature d’un fond de plan, l’échelle et le niveau de définition graphique
peuvent varier en fonction de sa vocation. Par exemple, un fond de plan destiné
au découpage des bassins versants, n’est pas le même que celui devant recevoir le
récolement des réseaux. En effet, pour ce dernier, l’emprise du domaine public et
les façades des constructions suffisent à repérer un réseau ;
– l’implantation précise, ou la situation approximative d’un réseau majeur,
l’assainissement par exemple, et éventuellement, d’une partie des autres réseaux
les plus proches. Sur ce point, il faut préciser que l’on se trouve dans une
fourechette d’échelles importante, qui peut varier du 1/2000 pour positionner des
e eréseaux en milieu rural ou semi-urbain, au 1/500 et au 1/200 pour la description
détaillée d’un croisement en centre urbain, conformément aux exemples ci-après
(figures 1.21a et 1.21.b).
En conclusion, le projet d’une application informatisée se mène sans
précipitation, et surtout pas aux vues de telle ou telle autre possibilité offerte par les
matériels et les logiciels graphiques généraux disponibles sur le marché. Une
application doit correspondre parfaitement aux besoins à court et à moyen terme, à la
superficie couverte, au degré d’élaboration de la cartographie… Pour ce faire, elle
doit être précédée d’une étude dont la méthodologie doit se dérouler à travers des
phases bien définies et hiérarchisées, comme il est proposé par l’organigramme
figure 1.22.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLa modélisation 35
Figure 1.21.a j Plan de situation des collecteurs principaux.
7.2. Cartographies spécifiques
En complément des relevés topographiques, de l’occupation des sols, des diverses
10typologies, utilisés à la modélisation , des plans d’ouvrages et de récolement des
réseaux nécessaires aux études, de multiples renseignements thématiques relatifs à
l’exploitation peuvent être visualisés, associés à des fichiers. Les applications
cartographiques les plus marquantes dans le domaine se rapportent aux :
► CARTE DES CONTRAINTES
Encore appelée carte « des points noirs », elle concerne la collection
d’informations statistiques suivantes :
– les inondations, les crues des cours d’eau, les débordements de réseaux, le
nombre d’interventions des pompiers par secteur, les coûts annuels des
sinistres…, toutes les insuffisances d’écoulements, les débits admissibles…
– la localisation de la nappe phréatique interférant avec les réseaux et la
quantification des infiltrations d’eaux claires parasites ;
10. Cf. paragraphes 2., 3., 4. ci-dessus.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit36 Les réseaux d’assainissement
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Figure 1.21.b j Extrait détaillé des divers réseaux.
© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLa modélisation 37
– l a nature des effluents, les conditions d’écoulement, d’encrassement des
collecteurs, les rejets, les déversements, l’impact sur le milieu récepteur. On
peut disposer d’une méthode de quantification des dépôts dans les
collecteurs, et de suivi des opérations courantes d’entretien. Celle-ci consiste à
établir une cartographie d’isotaches des dépôts, qui permet à
l’exploitation de lutter contre l’ensablement et l’encrassement par des interventions
de curage plus concertées et par la réalisation d’ouvrages et de dispositifs
11préventifs : chambre à sable, séparateur…
– les défauts structurels des ouvrages, anomalies détectées lors des inspections,
degré de vieillissement, prévisions de renouvellements, programmation des
travaux…
Figure 1.22 j Définition d’une application de cartographie informatisée.
11. Appareils décrits au chapitre 11.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit38 Les réseaux d’assainissement
12► CARTE DE ZONES À RUISSELLEMENT LIMITÉ
Cette carte est à inscrire avec avis motivé au POS, qui doit intégrer tous les
aspects et contraintes décrits ci-dessus, en vue de réduire les apports pluviaux
et donc de supprimer les conditions d’écoulements critiques, mais également de
limiter l’impact en quantité et qualité des rejets dans un cours d’eau.
Les dispositions administratives et techniques à mettre en œuvre sont
particulières à chaque secteur d’un bassin versant élémentaire qui constitue toujours une
entité spécifique, tant dans le domaine hydrologique, économique, écologique,
que dans celui de politique urbaine.
En ce qui concerne ces dispositions techniques, deux approches prédominent :
• les solutions dites « alternatives » qui visent à réduire les apports et
pollutions associées à la source et s’appliquent plutôt à des zones urbaines en cours
d’aménagement ou de rénovation, dans la mesure où elles nécessitent des
modifications structurelles des espaces ;
• les solutions dites curatives qui portent in fine sur les flux engendrés par le
système de collecte amont. Seules peuvent être mises en œuvre, les techniques
traditionnelles suivantes :
– les bassins de rétention pour lutter contre les inondations ;
– les bassins de stockage-restitution (BSR) pour traiter en différé la pollution ;
– les bassins tampons avant rejet dans le milieur récepteur ;
– les ouvrages de traitement au fil de l’eau, basés sur les procédés physiques
(décantation) et/ou chimique (floculation).
► CARTE PÉDOLOGIQUE
La carte pédologique des potentialités d’infiltration des eaux pluviales et
d’aptitude des sols à l’assainissement autonome est établie à partir de prélèvements
à la tarière ou autre procédé de « carottage » sur lesquels s’opèrent des tests de
perméabilité, qui fournit ainsi des classes de terrains et leurs aptitudes à
l’épura13tion par le sol .
► CARTE DES RISQUES
Elle a pour objet de situer les ouvrages dans leur contexte hydrogéologique et
d’expliquer les dégradations et les risques liés à différents facteurs d’influences.
En effet, la nature des terrains autour des ouvrages existants ou à projeter,
intervient par les risques de glissement, de gonflement, de tassement, par
l’agressivité chimique des sols, la hauteur des nappes phréatiques…
Un autre risque, encouru par les ouvrages, est de subir l’effet des charges
dynamiques relatives au trafic des poids lourds.
Les autres risques majeurs sont ceux liés aux conditions limites d’écoulements,
auxquels on cherche à s’opposer et qui se manifestent par :
12. Cf. annexe 14. Réf. de la loi sur l’eau du 3 janvier 1992 (art. 35).
13. Cf. chapitre 10 § 4.3.3. Étude pédologique.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLa modélisation 39
Figure 1.23 j Cartographie des risques de dégradations liés au contexte géologique et
hydrogéologique (source : DDEA du Val-de-Marne et LREP).
– l a dégradation de structure de l’ouvrage, due à la nature corrosive des effluents ;
– les encrassements des collecteurs ;
– l es débordements en chaussées entraînant des infiltrations dans la structure
des ouvrages d’infrastructures ;
– les inondations des sols et des sous-sols d’immeubles ;
– les érosions et le ravinement des espaces libres ;
– les agressions du milieu naturel.
La cartographie d’illustration de ces divers risques (figure 1.23) montre les
zones hydrogéologiques sensibles, génératrices de désordres, les insuffisances…
► SCHÉMA STRUCTUREL ET SCHÉMA DIRECTEUR
Ce sont les outils prévisionnels avec cartographies associées nécessaires à :
– mener une politique d’assainissement ;
– répondre aux exigences réglementaires ;
– respecter les objectifs de rejets ;
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit40 Les réseaux d’assainissement
– tenir compte de l’état et du fonctionnement actuel ;
– évoluer en fonction des modifications de l’urbanisation.
► CARTOGRAPHIE DE L’ALÉA INONDATION
Elle permet par son établissement d’infléchir la politique d’urbanisme et
d’éviter de bâtir dans les espaces à risques. La définition du niveau d’aléa et de
risque s’appuie sur :
• les problèmes  connus recensés (le plus spectaculaire est lié aux sorties des 
pompiers lors d’orages exceptionnels) ;
• les repérages d’ouvrages, passages, gabarits réduits des évacuateurs ;
• les données et prévisions d’occupation des sols ;
•  les  secteurs  d’influence  déterminés  à  l’aide  d’une  modélisation  et  par  les 
calculs hydrologiques ;
• les sélectivités de tronçons de cours d’eau et de leurs abords suivant plusieurs 
niveaux de risque :
– niveau 1 – risque majeur de débordement ;
– niveau 2 – risque moyen de débordement ;
– niveau 3 – risque mineur de débordement.
Cette cartographie de l’aléa inondation a été établie sur le Grand Lyon, d’où est
issu l’extrait figure 1.24.
Figure 1.24 j Cartographie de l’aléa inondation sur la vallée de l’Yseron.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLa modélisation 41
À noter qu’il convient d’être précis et de bien mesurer les implications des
vulnérabilités et des risques sur les personnes et les biens, des responsabilité,
visà-vis des assurances… On voit par exemple ( →) sur la figure 1.24 que seulement
une partie d’immeuble où sont situés des boxs, est susceptible d’inondations de
niveau 3.
► PLANS MUNICIPAUx D ’ENVIRONNEMENT (PME)
La prise en compte des inondations pluviales fait appel à une philosophie
différente de celle développée pour les inondations par débordement en milieu
rural. Si ces dernières sont bien des phénomènes naturels, les premières sont un
phénomène plus largement anthropique. L’intérêt d’une prise en compte de ce
risque est évidente dans le cadre du développement urbain. Elle doit permettre
une réflexion approfondie vers une approche écosystémique de la ville qui
pourrait être l’occasion de mise en œuvre de plans municipaux d’environnement. Il est
par conséquent nécessaire de repenser l’évacuation des eaux pluviales dans une
approche globale intégrant l’environnement, les solidarités de bassin versant et les
responsabilités amont-aval.
► PLANS D’Ex POSITION AUx RISQUES (PER) NATURELS PRÉVISIBLES
En ce qui concerne essentiellement le risque reconnu d’inondations, ou plus
modestement, le risque d’élévation du plan d’eau d’une rivière, la contribution
apportée par l’hydrologie urbaine recouvre :
– la description et la modélisation des phénomènes engendrant le risque ;
– les mesures de prévention visant à limiter les effets dommageables.
Par mesures de prévention, on doit considérer une agglomération dans son
contexte général de bassin hydrologique, soit que celle-ci est située en amont ou
en aval d’un cours d’eau, c’est-à-dire pour simplifier, soit qu’elle provoque ou
qu’elle subit les crues, avec ou sans conséquences sur les biens, activités et
équipements. Il est à préciser que les conséquences des crues ne se matérialisent pas
toujours par des débordements directs, en revanche, il est fréquent de constater
des réseaux d’assainissement et une station d’épuration sous les eaux, durant
plusieurs mois.
De plus, un certain nombre d’inondations sectorielles, en zone urbaine, sont
dues aux difficultés d’écoulements, aux exutoires mis en charge par les crues, ou
l’élévation des plans d’eau, les marées exceptionnelles…
La méthodologie préconisée pour l’élaboration d’une cartographie des risques
de crues et des conséquences sur les ouvrages d’assainissement est illustrée par
l’algorithme sommaire, figure 1.25.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit42 Les réseaux d’assainissement
Figure 1.25 j Méthodologie de définition des zones de risques liées aux crues.
Figure 1.26 j Aléa inondation des ruisseaux du grand Lyon.
Plusieurs cartographies peuvent présider au PPR Inondation et à la définition
des classes d’aléas, notamment :
– l’identification des phénomènes et désordres hydraulique ;
– l’atlas des plus hautes eaux connues, ou d’événements particuliers ;
– l’examen des enjeux, contraintes et objectifs en vue d’établir un état des lieux
traduisant le niveau de vulnérabilité des zones inondables et la contribution
des débouchés d’assainissement sur les points sensibles.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLa modélisation 43
L’objectif global de la ville concernée demeure les réalités d’application du
zonage réglementaire du risque et l’usage de la carte d’aléas, non pas de manière
statique mais évoluant dans le temps et dans l’espace, c’est-à-dire pouvant
accompagner le développement sans accroître, voire en réduisant, la vulnérabilité. Il
s’agit non pas uniquement de réglementer les situations de crise et de se satisfaire
d’inondations à répétition, de débordements de réseaux… mais bien de rechercher
des solutions à un développement durable.
► ATLAS DÉPARTEMENTAL DES ZONES INONDABLES
Par arrêté préfectoral, l’atlas départemental des zones inondables est qualifié de
projet d’intérêt général (PIG). Cet arrêté met en demeure les communes
concernées de réviser ou modifier leur plan d’occuption des sols (POS) pour le rendre
compatible avec le PIG, conformément à l’article L. 123.7.1 du Code de
l’urbanisme.
► CARTES D’OBJECTIFS DE QUALITÉ
Les agences de l’eau ont catégorisé les rivières selon le degré de qualité des
eaux (figure 1.27), dans la situation actuelle, avec une espérance d’amélioration
fixée par les objectifs retenus à différents horizons.
L’élaboration et la mise à jour de ces cartes consistent à effectuer
périodiquement des prélèvements et des analyses physico-chimiques, biologiques…, en
plusieurs points sur le parcours de la rivière, dans sa traversée de l’agglomération
et pour différentes périodes (étiage, débit moyen).
Ces cartes permettent donc de mesurer l’incidence actuelle et future de
l’ensemble des rejets polluants des agglomérations sur le milieu récepteur.
Figure 1.27 j Bassin Oise-Aisne, carte d’objectifs de qualité (source : AFBSN).
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Les données hydrologiques
1. Définitions
Les données hydrologiques relatives aux études de drainage urbain sont
principalement les « petites pluies » et les averses.
► Les « petites p Luies »
La terminologie admise désigne par « petites pluies » les précipitations
comprises entre les bruines (hauteur d’eau tombée très faible ne provoquant pas
de ruissellement) et les averses orageuses.
il faut une hauteur d’eau supérieure à 0,5 mm pour provoquer le ruissellement
et une hauteur d’eau supérieure à 1 mm pour obtenir des débits dans les réseaux.
Les petites pluies se définissent également selon la directive européenne du
21 mai 1991, par les eaux résiduaires urbaines, en l’occurrence les eaux de
ruissellement mélangées aux eaux usées, sauf la pluie « forte », dans la limite des
contraintes économiques de traitement.
La traduction qui en est faite en pratique par divers professionnels, est de
considérer comme « petites pluies » celles collectées par un système unitaire dont la
hauteur d’eau tombée est, selon les conditions locales, inférieure à 6 voire jusqu’à
110 mm en 3 heures .
► Les averses
Les averses sont des éléments de pluies associées à une même perturbation
météorologique. La durée du phénomène continu varie entre quelques minutes et
plusieurs dizaines d’heures.
a ussi, on distingue :
– les pluies cycloniques que l’on observe partout en France, plus rarement dans
les régions méditerranéennes, et qui sont en général peu violentes, de longue
1. Cf. § 6. Détermination de la « petite pluie ».
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit46 Les réseaux d’assainissement
durée et ne sont pas celles qui conditionnent le dimensionnement d’un réseau,
mais concernent son fonctionnement ;
– les orages qui sont des perturbations locales spontanées convectives, de fortes
intensités, de faible durée, et qui concernent une superficie limitée avec un
épicentre et une décroissance spatiale de la précipitation.
Les éléments averses considérés dans les études se caractérisent soit par :
– une hauteur d’eau importante ;
– une forte intensité par unité de temps ;
– un épicentre orageux, un déplacement du foyer et une diffusion dans
l’espace ;
– une transformation pluie brute/pluie nette générant le débit ;
– une érosion ou un apport de pollution liés au ruissellement.
La mesure de ces averses est effectuée à l’aide des appareils suivants :
– les pluviomètres qui relèvent les hauteurs d’eau tombée en 24 heures ;
– les pluviographes qui enregistrent la hauteur d’eau d’éléments d’averses à
intervalle donné toutes les cinq, ou six ou dix minutes…
Ces appareils effectuent des séries de mesures bien adaptées aux études
d’hydrologie urbaine.
L’enregistrement figure 2.1 est relatif à la précipitation du 5 au 6 août 1968 à
r ouen et nous voyons bien qu’il s’agit d’une précipitation qui s’accentue ensuite
sous forme d’orage assez fort de fréquence décennale.
À noter que la lecture des hauteurs d’eau sur le pluviogramme se fait dans les
sens décroissant et croissant des ordonnées.
a ctuellement, le dispositif ne commande plus le mouvement d’un stylet
d’enregistrement graphique sur papier calibré, il est raccordé à une centrale
d’acquisition qui recueille les mesures en continu et les mémorise sur support magnétique.
plusieurs types d’appareils existent, on signale le pluviopiézomètre (chapitre 9,
figure 9.42) qui assure les mesures avec une bonne précision.
Figure 2.1 j pluviogramme d’une précipitation orageuse.
Réseaux… (Bourrier) 02 0045-0104.indd 46 14/05/2008 10:51:50
© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLes données hydrologiques 47
pour représenter la pluviographie par un ensemble de courbes appelées
isohyètes, il faut disposer de plusieurs appareils régulièrement répartis sur le site,
suffisamment resserrés pour mesurer les hauteurs d’eau et pour déceler le
déplacement des orages.
La dimension de la maille du réseau de pluviographes est fonction de la
superficie du secteur géographique considéré, du degré d’imperméabilisation des sols
et selon la précision souhaitée, l’espacement des appareils peut varier de un à cinq
kilomètres et même davantage pour les études régionales.
L’ensemble des hauteurs d’eau relevées pendant de nombreuses années
constitue une série de données statistiques peu maniables. Le traitement de ces
données pluviométriques a pour but de condenser en un nombre de paramètres
représentatifs caractérisant les épisodes d’événements, et les averses.
Figure 2.2 j Courbes isohyètes.
La première donnée sur les précipitations fournie par les services
météorologiques est la hauteur d’eau tombée par an, somme des hauteurs recueillies en
24 heures (de 6 h 00 tu le jour à 6 h 00 tu le lendemain). On trouvera figure 2.2
la traduction de ces hauteurs d’eau en isohyètes.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit48 Les réseaux d’assainissement
pour tenir compte de la sous-estimation des relevés de pluies journalières à
heure fixe, il peut être appliqué sur la valeur de la hauteur d’eau tombée p, le
coefficient multiplicateur de Weiss exprimé par le rapport suivant :
pj = p · 24/21
Les précipitations 24 heures sont constituées d’un ensemble d’événements le
plus souvent discontinus, qui ne correspond pas à une pluie caractéristique.
Les données hydrologiques nécessaires aux études fines de ruissellement
doivent caractériser au mieux les averses et permettre de distinguer une pluie ou
une averse orageuse représentative d’un secteur géographique donné.
Les stations météorologiques principales (CDM), les centres secondaires
(Cs M) et les divers postes pluviométriques locaux permettent de procéder à des
classements fréquentiels, des analyses hydrologiques et des comparaisons d’un
site à l’autre rapproché.
Le réseau météorologique de la couverture radar Météo France (a ramis)
permet quant à lui d’acquérir avec les techniques de numérisation des images en
carrés minuscules appelés pixels et sur chacun est affecté un code 1 à 16
d’intensité du phénomène décelé, au pas de temps de 15 minutes, et mettre en relations :
réflectivité électromagnétique (Z) – intensité (i) par une expression du type :
bZ = a · i
dans laquelle :
a et b sont les constantes caractérisant l’événement,
a varie de 200 à 500,
b varie corrélativement de 1,6 à 1,4.
Ces images météorologiques (figure 2.3) offrent une visualisation globale
de l’évolution du phénomène pluviométrique à comparer aux enregistrements
traditionnels au sol, dans le but d’appréhender, à partir de valeurs historiques,
les répercutions sur le ruissellement et les écoulements en réseaux, dans le cadre
de la modélisation hydrologique et d’une gestion automatisée. C’est en effet
dans la gestion en « temps réel » des systèmes rétentions-réseaux et
rétentionscours d’eau, de protection contre le risque d’inondations, que le champ d’intérêt
demeure le plus prometteur.
u n autre aspect majeur pour aller vers de prévisions fiables sur des bassins
versants mixtes (urbains et rural) très sensibles à l’aléa consiste à étalonner la
relation réflectivité radar-intensité mesurée au sol à l’aide d’un réseau de
pluviomètres, à conforter par des simulations numériques reproduisant le caractère
événementiel des orages qui en sont à l’origine.
L’étude pluviométrique consiste à rechercher l’adéquation entre un modèle
d’averse et le bassin versant concerné qui nous permet d’établir la cartographie
des isohyètes de l’averse retenue (figure 2.4). Le calcul des aires comprises entre
deux courbes isohyètes consécutives permet d’obtenir les hauteurs d’eau tombée
sur les surfaces.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLes données hydrologiques 49
Figure 2.3 j La pluie du 19 juillet 2001 (image radar à 07 h 50 (tu ) représentative
d’une intensité forte sur l’a rtois).
Figure 2.4 j isohyètes relatives à une averse particulière.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit50 Les réseaux d’assainissement
Cette notion de pluie adaptée à un site donné s’appelle « pluie de projet ». La
courbe représentant la masse d’eau précipitée se nomme hyétogramme, et la forme
mathématique calculée de cette pluie donne un hyétogramme synthétique.
De cette averse de projet, nous pouvons ne retenir que la « pluie nette ». e lle
se définit comme la différence entre la pluie totale enregistrée et la somme des
pertes dans le bassin considéré, telles que les infiltrations, l’imbibition des sols, le
stockage dans les dépressions et l’évaporation.
2. Analyses statistiques des données pluviométriques
Les premières analyses statistiques sont données par :
N La moyenne arithmétique qui, rappelons-le a pour expression :
n
x∑ i
1x =
n
avec :
x : h auteur de pluie annuelle (ou mensuelle ou journalière) afférente à l’année
i
(ou au mois ou au jour) i,
n : le nombre total d’années (ou de mois ou de jours) d’observation,
– x : la moyenne annuelle (ou mensuelle ou journalière).
La moyenne annuelle obtenue à paris sur 150 ans d’observation (1800-1949) est
de 611 mm.
Les moyennes annuelles maxima observées en France sur les régions
montagneuses varient de 1 000 à 2 800 mm.
Les maxima enregistrés dans le monde, comme le montre la figure 2.6, l’ont
été en a sie méridionale.
Les minima sont inférieurs à 10 mm dans certains déserts.
N La variabilité des hauteurs annuelles s’appréhende par des probabilités qui
reposent sur la loi des grands nombres, en disposant d’observations
pluviométriques sur des périodes centennales.
a ussi, on peut admettre que les hauteurs d’eau tombées chaque année satisfont
à la loi de Gauss, où le « module pluviométrique » H représente la valeur la plus
probable de la hauteur de pluie annuelle. s ur ces bases, si l’on porte en abscisse
les hauteurs d’eau tombées pendant l’année et en ordonnée les fréquences
correspondantes, les points représentatifs se placent dans le voisinage d’une courbe
figurative d’équation :
h2h22(x-H) 2(x −H)−h−hy= e =⋅ 2,718
1,77π
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLes données hydrologiques 51
Dans laquelle :
1
h est la variabilité de H et son inverse , représentant « l’indice de variabilité »
hdu module pluviométrique.
s i h varie peu autour de H, il s’agit d’une pluviosité annuelle sensiblement
constante ; à l’opposé, on a des écarts importants d’une année sur l’autre.
La valeur du module H peut ainsi témoigner d’une succession d’années sèches
et d’années humides, également des régimes pluviométriques (figure 2.5) à
prédominance océanique, continentale, méditerranéenne, de la saison chaude (d’avril à
septembre) et froide (d’octobre à mars), compte tenu de la diversité des facteurs en
jeu (relief…).
Figure 2.5 j v ariabilité des hauteurs d’eau annuelles moyennes.
N L’écart type qui exprime la dispersion est :
n
2(x − x)∑ i
1σ=
n
s i nous admettons que les observations suivent une loi normale (loi de Gauss,
figure 2.7), nous devons avoir pour les 150 ans d’observation à paris :
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Figure 2.6 j Les hauteurs de pluie record dans le monde pour différentes durées (d’après Month. Weather Rew, 69 : 356, 1941).
© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLes données hydrologiques 53
– 68 % d’observations comprises entre x – σ et x + σ, soit avec les valeurs
ci-dessus, entre 511 et 711 ;
– 95 % d’observations comprises entre x – 2 σ et x + 2 σ, soit avec les valeurs
ci-dessus, entre 411 et 811 ;
– 99,7 % d’observations comprises entre x – 3 σ et x + 3 σ, soit avec les valeurs
ci-dessus, entre 311 et 911.
Figure 2.7 j Courbe type de la loi de Gauss.
La seconde analyse statistique relie la hauteur d’eau tombée h et la durée t,
soit h (t).
e n hydrologie urbaine, les calculs sont menés en cherchant à se protéger des
crues sur une période de retour t donnée, c’est-à-dire la probabilité qu’il y a de
voir se produire l’événement, sur une année, sur dix années…
La hauteur d’eau en fonction du temps h (t) devient h (t , t), nous reviendrons
sur ce point et sur la manière de définir une période de retour au chapitre ci-après.
Nous avons déjà dit : pour que l’événement soit parfaitement localisé dans le
temps, il est nécessaire de disposer de relevés pluviographiques sur une longue
durée. pour déterminer une période de retour de dix ans, il faut un minimum
de vingt ans d’observations et la durée idéale est de cent ans, on peut en effet
observer dix fois l’événement.
Le relevé, tableau 2.1, donne les hauteurs de pluies classées par ordre
décroissant, ayant donné au moins 30 mm d’eau au cours de la journée, enregistrées
à la station météorologique de paris-Montsouris pour la période d’observation
1875-1974, soit 100 ans.
Les périodes caractéristiques liées à l’assainissement sont les deux saisons
hydrologiques suivantes :
– automne-hiver, normalement octobre à mars mais couramment décalée de
novembre à avril inclus, durant laquelle généralement se produit les pluies
cycloniques ;
– printemps-été, par conséquent également décalée de mai à octobre, période
où se produisent les événements orageux.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit54 Les réseaux d’assainissement
Tableau 2.1 j
Hauteur de Hauteur de
Rang Date Rang Date
pluie (mm) pluie (mm)
1 19.07.1955 76,8 35 04.08.1939 37,8
2 17.10.1920 74,1 36 07.05.1905 37,6
3 19.07.1972 65,8 37 06.07.1936 36,3
4 15.05.1907 64,1 38 25.08.1941 36,9
5 07.08.1965 62,4 39 29.08.1922 35,4
6 24.06.1960 57,5 40 06.07.1936 35,3
7 08.08.1951 55,5 41 02.02.1941 35,3
8 24.10.1966 55,2 42 03.08.1943 35,3
9 25.10.1992 53,9 43 07.11.1944 35,3
10 29.05.1901 53,2 44 24.10.1949 35,1
11 02.06.1973 53,0 45 30.08.1931 34,9
12 28.06.1885 49,0 46 09.08.1927 34,8
13 25.07.1940 49,5 47 31.07.1972 34,8
14 30.10.1942 48,1 48 28.12.1947 34,5
15 23.06.1936 47,8 49 26.10.1938 34,1
16 02.07.1942 47,0 50 07.08.1965 33,8
17 21.08.1938 46,7 51 03.10.1929 33,7
18 07.06.1986 45,9 52 23.07.1906 33,5
19 23.08.1903 45,5 53 21.08.1947 33,5
20 06.08.1994 43,1 54 06.11.1918 32,9
21 05.07.1942 43,0 55 16.10.1896 32,0
22 26.05.1889 42,3 56 06.08.1965 31,9
23 26.05.1950 40,4 57 13.08.1896 31,8
24 14.09.1942 40,2 58 02.07.1953 31,6
25 07.12.1904 40,1 59 14.08.1964 31,4
26 20.07.1955 39,8 60 10.11.1875 31,3
27 07.06.1947 39,6 61 09.06.1955 31,2
28 04.07.1950 39,0 62 30.08.1913 30,7
29 28.12.1947 39,0 63 28.12.1913 30,6
30 21.08.1966 38,8 64 14.07.1967 30,3
31 20.11.1965 38,7 65 13.09.1904 30,2
32 24.08.1892 38,6 66 03.06.1957 30,1
33 24.08.1931 38,5 67 27.06.1963 30,1
34 14.06.1935 38,5
Le graphique figure 2.8 donne les hauteurs d’eau recueillies en fonction du temps.
Les courbes représentent des précipitations sur paris, pour diverses fréquences ou
périodes de retour.
Les durées caractéristiques des précipitations sont les suivantes :
– l a durée totale qui varie en France de 120 à 200 jours par an, pour des durées
de 400 à 1 200 heures par an ;
– l e nombre moyen de jours par an de pluies où la hauteur d’eau est : > 1 mm :
120 j ; > 5 mm : 40 j ; > 10 mm : 15 j ; > 20 mm : 2 j ;
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit
Figure 2.8 j Hauteurs d’eau recueillies en fonction du temps.56 Les réseaux d’assainissement
– la durée des pluies actives produisant un écoulement dans les réseaux
représente les deux tiers des pluies totales, soit de l’ordre de 450 heures sur
150 jours, donc des précipitations moyennes journalières de 3 heures ;
– la durée moyenne des séquences sèches en régions sous influence océanique
est de 60 heures (2 jours et demi), pour la moitié environ des durées
inférieures à 24 heures, et pour 90 % environ des séquences sèches de durées
inférieures à une semaine.
À titre de comparaison, nous présentons ci-après les hauteurs d’eau de quatre
précipitations exceptionnelles, d’une zone tropicale sèche (figure 2.9), observées à
partir de données portant sur quarante ans (1939-1978).
Date H en mm
12.12.1955 80
04.07.1969 54
04.05.1976 66
07.05.1978 51
Figure 2.9 j Hauteur d’eau annuelle moyenne en a rabie saoudite.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLes données hydrologiques 57
Nous avons constaté que les hauteurs d’eau de ces averses sont peu différentes
de celles observées dans les régions de France où les pluies sont beaucoup plus
fréquentes, en particulier, nous avons pu rapprocher ces valeurs et les comparer
aux hauteurs d’eau enregistrées à r ouen, (cf. figure 2.24) ce qui ne veut pas dire
bien entendu qu’il pleut annuellement en a rabie s aoudite, autant qu’à r ouen. e n
effet, dans cette région du Moyen-Orient, il ne pleut que quelques jours par an, la
moyenne annuelle des précipitations varie de 50 à 150 mm. Nous remarquons à la
vue des chiffres qu’il peut tomber en une seule averse la moitié de la hauteur d’eau
annuelle totale.
u n autre genre de comparaison, donnée figure 2.10, présente des valeurs plus
importantes que celles enregistrées en France. il concerne les hauteurs d’eau en
fonction du temps pour l’averse orageuse du 13 novembre 1957 et la pluie
cyclonique du 3 mars 1941 à a ntananarivo (Madagascar).
Figure 2.10 j Graphique des hauteurs d’eau en fonction du temps pour la pluie
cyclonique du 3 mars 1941 et l’averse orageuse du 13 novembre 1957.
Cette présentation de plusieurs courbes pluviométriques superposées permet de
définir la courbe enveloppe de l’averse de projet.
L’analyse statistique « classique » des données pluviométriques ne suffit pas à
appréhender l’ensemble du domaine hydrologique, à analyser selon les objectifs
visés et à examiner selon différentes optiques.
Les principes d’analyses orientées, résumés figure 2.11 et développés ci-après,
concernent :
– la fréquence d’apparition de l’événement ou du phénomène. Dans un cas, il
s’agit de dimensionner des ouvrages pour des périodes de retour t = 10 ans,
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit58 Les réseaux d’assainissement
Figure 2.11 j principes d’analyses hydrologiques.
dans un autre cas, se sera le réglage des déversoirs pour des déversements
au-delà de t = 1 mois. t out comme on peut rechercher sur un réseau existant
le niveau de capacité de chaque tronçon (i) correspondant à un débit (Q) de
fréquence donnée Qi (f) ;
– les intensités-durées-fréquences (IDF) qui demeurent l’approche statistique
la plus courante pour établir la relation pluie-débit et construire les
hyétogrammes synthétiques ou « orages modèles » ;
– le s maxima (hauteurs, intensité…) qui en raison de séries limitées
d’observations, de la probabilité requise…, sont en fait des maxima relatifs, ou
plafonnés ou ajustés, telle la définition des intensités moyennes maxima ;
– les moyennes (hauteur, intensité…) sont représentatives des phénomènes
aléatoires, aux variations des flux… et conviennent à réguler, à rechercher le
fonctionnement efficace d’ouvrages, tels les décanteurs ou les séparateurs, en
évitant le surdimensionnement correspondant à des maxima ;
– l es événements critiques, les pluies qui peuvent se produire durant la
période sensible (période estivale) ou ayant un effet choc sur le milieu
récepteur durant la période critique de basses eaux. Les composantes en sont par
exemple : le nombre d’événements et leur charge hydraulique et polluante ;
– les classes de pluies, constitués de groupes d’événements dans une période
critique donnée, à agréger en fonction de l’homogénéité du couple (hauteur
d’eau – durée) ;
– les pluies types, qui permettent d’appréhender les bilans de pollution exigés
par les conditions locales, les réglementations nationales et directives
européennes. Ces pluies peuvent également caractériser des classes de pluies
significatives, telles les « petites pluies » (t ≤ 1 mois), les pluies
interméRéseaux… (Bourrier) 02 0045-0104.indd 58 14/05/2008 10:51:52
© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLes données hydrologiques 59
diaires (1 mois ≤ t ≤ 1 an), les pluies exceptionnelles (t > 1 an…, 10 ans)
conduisant à des dispositions et des traitements spécifiques par classe ;
– les pluies de projet qui sont des représentations synthétiques (types avancé,
intermédiaire, retardé) ou de formes imposées (triangulaire, trapézoïdale…)
censées représenter un événement-type, de période de retour donnée, à
appliquer dans une modélisation ;
– les pluies observées, enregistrées durant une campagne de mesures, ou
en référence permanente, pour en juger les effets sur le réseau et le milieu.
Dans le principe, l’élément d’averse observé est unique, et a une probabilité
d’occurrence pratiquement nulle, cependant il convient de le rattacher à une
fréquence donnée.
3. Fréquence, intervalle de récurrence, intensité
s oit une averse de hauteur d’eau tombée h (en mm), dans l’intervalle de durée t
et d’intensité i (i exprimé, par exemple, en mm/heure). s i au cours d’une période
de N années on a enregistré n fois cette averse, on dira que la fréquence de cette
averse est :
n
F =
N
On dira que l’averse est de fréquence un an (annuelle) deux ans (bisannuelle),
cinq ans, dix ans (décennale, etc.) si cette averse survient en moyenne une fois
tous les ans, tous les deux ans, cinq ans, dix ans, etc.
On appelle période de retour t ou intervalle de récurrence θ d’une averse,
l’inverse de sa fréquence.
1N
t=θ= =
Fn
On admet que la valeur de la fréquence déterminée expérimentalement est
très proche de celle de la probabilité. Dans ces conditions, l’intervalle de
récurrence est le nombre d’années au cours duquel, en moyenne, l’averse considérée
surviendra seulement une fois.
Le plus souvent, on classe en ordre décroissant les hauteurs d’eaux sur 24 h, et
avec le même raisonnement pour d’autres durées ou intervalles de temps (6’, 30’,
1 h, 2 h…). s i les données sont disponibles sur N années, la probabilité de
dépas1
sement valant est aussi égale à :
t
r
où r est le rang d’un événement.
N +1
Dès lors, pour t = 10 ans et pour 35 ans d’observations par exemple, on
recherche la pluie « de rang r » tel que :
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit60 Les réseaux d’assainissement
r1
= soit r= 3,6
35 +1 10
La hauteur d’eau (ou l’intensité) de fréquence décennale est donc située entre
les valeurs classées troisième et quatrième.
Dans l’absolu, r (t ) n’étant pas un entier et pour lisser les valeurs
d’observations, on procède par ajustements (dits de Gumbel ou de Weibull) consistant en
t
une interpolation linéaire du nuage de points observés h, permettant ainsi
N +1
pour t donné de remonter à l’abscisse H correspondante.
pour des raisons économiques, on ne recherche pas la précipitation la plus
intense pouvant survenir au cours d’une période de durée indéfinie, millénaire par
exemple. On ne recherche pas une protection absolue, mais une protection contre
une averse de fréquence (ou de probabilité) déterminée (figure 2.14).
Le coefficient λ permet de déterminer le rapport de pluie p ou de l’intensité
d’intervalle de récurrence t , à partir de la pluie décennale :
pour t < 10 λ < 1
pour t = 10 λ = 1
pour t > 10 λ > 1
L’expérience des analyses hydrologiques réalisées sur une trentaine d’années
montre que l’échelle des coefficients proposés par a . Caquot est trop élargie et
une correction semble devoir être apportée (figure 2.13) qui conduit à appliquer le
coefficient λ′ à P par rapport à la fréquence décennale.
On se trouve donc amené à prendre en compte les intensités d’averses ayant une
fréquence donnée et c’est la fréquence décennale qui est généralement adoptée.
Dans les cas particuliers, de risque d’inondation de construction en contrebas,
la période de retour est plus grande : 20 ans, voir 50 ans.
Figure 2.12 j Coefficient λ, p par rapport à la fréquence décennale (d’après a . Caquot).
Figure 2.13 j Coefficient λ′, P par rapport à la fréquence décennale (ajusté par Sete Gue ).
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLes données hydrologiques 61
Figure 2.14 j Classement fréquentiel des pluies (paris Montsouris, 1938-1967).
À l’étude des passages hydrauliques d’ouvrages (routes, autoroutes, voies
ferrées…), des rétablissements d’écoulements naturels, la période de retour est
généralement de 100 ans.
e n revanche, en ce qui concerne les réseaux existants, le gestionnaire cherche
à déterminer la période de récurrence à laquelle le réseau déborde par endroits,
c’est-à-dire celle relative à la capacité globale limite d’un secteur, que l’on appelle
« période d’insuffisance », qui pratiquement est inférieure à la fréquence décennale.
À intensité égale, les pluies qui occasionnent le débit maximal en un point p
d’un système hydraulique, sont celles dont la durée est au moins égale au temps
qui est nécessaire à l’eau pour s’écouler depuis le point le plus éloigné du bassin
versant intéressé jusqu’au point p considéré du réseau. Cette durée est appelée
temps de concentration du bassin. s i la pluie se poursuit indéfiniment au-delà du
temps de concentration avec la même intensité, le débit restera constant au point
du réseau considéré. il s’établit un régime permanent.
e n ce qui concerne les très grands bassins versants, il a été montré (voir
grille ci-après) en particulier en région parisienne, qu’une précipitation de type
décennale s’est trouvée reproduite une fois par an, si l’on considère la
distribution spatiotemporelle des averses. On a en effet tous les ans, à l’un des différents
endroits (1,2, …, 9), un événement de fréquence proche de la décennale.
2De même, sur une superficie de 2 500 km du département de l’Hérault, une
pluie de 24 h de période de retour ponctuelle de 50 ans sur la série
MontpellierBel a ir, s’est produite, en moyenne une fois tous les deux ans entre 1964 et 1979.
pour calculer la valeur maximale que peut prendre ce débit au point p, on a
donc besoin de connaître l’intensité moyenne maximale correspondant à un
intervalle de référence ∆t, égal au temps de concentration du bassin versant à l’amont
du point p et qui sera atteinte ou dépassée une fois en n années.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit62 Les réseaux d’assainissement
L’intensité moyenne se définit par le rapport de la hauteur d’eau tombée
pendant une durée donnée, soit :
∆ h
i =
M ∆ t
avec :
i : intensité moyenne,
M
∆h : h auteur de pluie recueillie pendant la durée ∆t. e n pratique, l’intervalle
de temps à considérer sera compris entre quelques minutes et quelques
heures.
s i on dispose des relevés complets (pluviogrammes) des averses tombées sur la
région considérée pendant une période t de durée suffisante (c’est le cas pour la
région parisienne et la région de Montpellier), on pourra alors procéder aux
opérations suivantes :
N Sur le pluviogramme de chacune des averses, on détermine des intensités
moyennes correspondant à des intervalles de référence ∆t.
De 1 minute, puis échelonnés.
De 5 minutes en 5 minutes jusqu’à 30 minutes.
De 10 minutes en 10 minutes jusqu’à 1 heure.
De 15 minutes en 15 minutes jusqu’à 2 heures.
e tc.
On trouvera, tableau 2.2, à titre d’exemple, l’analyse de l’averse orageuse du
23 juin 1936 à paris, en raison de sa durée caractéristique et de sa fréquence
décennale :
– début 16 h 45
– fin 19 h 45
– durée totale 3 heures
– hauteur totale des précipitations 47,8 mm.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLes données hydrologiques 63
Tableau 2.2 j a nalyse de l’averse du 23 juin 1936.
Intensité
moyenne
Hauteur maxima ∆h
Début et fin maxima
mesurée sur un
de l’intervalle ∆t ∆ hintervalle ∆t i =M ∆ t
1 minute : 2,6 mm 16 h 57 à 16 h 58 156 mm/h
5 minutes : 10,9 mm 16 h 55 à 17 h 00 131 mm/h
10 minutes : 19,7 mm 16 h 51 à 17 h 01 118 mm/h
15 minutes : 26,3 mm 16 h 50 à 17 h 05 105 mm/h
20 minutes : 30,2 mm 16 h 46 à 17 h 06 91 mm/h
25 minutes : 35,0 mm 16 h 46 à 17 h 11 84 mm/h
30 minutes : 38,2 mm 16 h 46 à 17 h 16 76 mm/h*
40 minutes : 42,0 mm 16 h 46 à 17 h 26 63 mm/h*
50 minutes : 43,0 mm 16 h 46 à 17 h 36 52 mm/h
60 minutes : 44,1 mm 16 h 45 à 17 h 45 44 mm/h
90 minutes : 45,3 mm 16 h 45 à 18 h 15 30 mm/h
120 minutes : 46,8 mm 16 h 45 à 18 h 45 23 mm/h
180 minutes : 47,8 mm 16 h 45 à 19 h 45 16 mm/h
* v oir tableau 2.3, la position de ces deux éléments d’averse.
e eÀ noter que cette averse se situe au 15 rang et non au 10 rang des pluies
journalières figurant au tableau 2.1. il peut se produire en effet plusieurs averses en
24 heures et la hauteur d’eau cumulée ne peut donc pas se comparer à celle d’une
averse. La fréquence s’affecte par conséquent à une averse ou un élément d’averse.
On voit que l’intensité moyenne i a été de :
M
– 156 mm/h sur l’intervalle ∆t de 1 minute le plus arrosé ;
– 76 mm/h sur l’intervalle ∆t de 30 minutes le plus arrosé ;
– 44 mm/h sur l’intervalle ∆t de 1 heure le plus arrosé.
N En utilisant toutes les analyses des averses
pour chacun des intervalles de référence ∆t, on classe les intensités moyennes
i par ordre de grandeur décroissante.M
∆ h
e t on obtient ainsi les différentes valeurs de l’intensité i = pour chaque M ∆ tvaleur de temps ∆t égal au temps de concentration t .c
s i cette durée du temps de parcours de l’eau ne correspond pas précisément à
l’intervalle de temps ∆t, on procède par l’interpolation.
Dans tous les calculs de débit, on admet — et c’est là l’hypothèse approchée
fondamentale — que cette intensité peut être choisie comme intensité moyenne
maximale de l’averse type, d’une durée de 30 minutes par exemple, survenant
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit64 Les réseaux d’assainissement
approximativement une fois tous les dix ans, c’est-à-dire de l’averse type
décennale de 30 minutes.
N En appliquant ce classement pour chacun des intervalles de référence ∆t,
on détermine les valeurs de i qui sont atteintes ou dépassées une fois en 100, 50,
M
20, 10, 5 et 1 plus généralement n années.
par exemple, dans le tableau 2.3 qui est relatif à une période de 50 ans
(1897-1946), on lit pour un ∆t de 30 minutes, l’intensité moyenne maximale
atteinte ou dépassée.
– une fois tous les 50 ans, sur la première ligne, la valeur ayant rang n° 1 ;
– u ne fois tous les 20 ans, la valeur moyenne entre celles des rangs n° 2 et n° 3
(le rang n° 2 donne une fois tous les 25 ans) ;
– une fois tous les 10 ans, en retenant la valeur ayant rang n° 5 ;
– une fois tous les 5 ans, en retenant la valeur ayant rang n° 10.
Les résultats du rangement sont présentés, tableau 2.4.
Tableau 2.3 j Classement d’averses pour les durées ∆t de 30 minutes et 40 minutes.
Δt = 30 minutes Δt = 40 minutes
Intensité IntensitéN° de Hauteur Hauteur
classement ∆ h ∆ hbrute Date brute Date
en mm/h en mm/h
Δh Δh∆ t ∆ t
1 38,2 76 23.06.36* 44,0 66 29.05.10
2 35,9 72 06.07.36 42,0 63 23.06.36*
3 35,0 70 25.05.01 39,2 59 06.08.44
4 34,8 70 14.09.42 35,7 54 14.09.35
5 34,4 69 06.08.44 35,1 53 14.06.35
6 31,0 62 14.06.36 29,6 44 03&04.08.28
7 29,2 58 03&04.08.28 28,0 42 20.06.99
8 28,0 56 20.06.99 25,8 39 05&06.07.42
9 23,6 47 23.06.41 25,0 37 23.08.03
10 22,1 44 06.07.27 24,6 37 25.06.41
11 22,0 44 23.08.03 23,5 35 03.08.43

100 7,8 16 11.10.33 7,8 12 17.05.31
* r emarquons la différence de rang de classement (tableau 2.2).
N En élaborant les courbes hauteurs-fréquences
On suppose qu’on dispose des données de base relatives aux hauteurs
maximales H ( ∆t) recueillies sur différents intervalles de temps (conventionnement :
M
6 min, 15 min, 30 min, 1 h, 3 h, 6 h, 12 h, 24 h) et sur une série chronologique
homogène de Na années (généralement 30 ans et plus).
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLes données hydrologiques 65
Tableau 2.4 j Classement réajusté des intensités maxima.
Période Intensités en mm/h
de
1 min 10’ 20’ 30’ 40’ 1 h 1 h 15 1 h 30 1 h 45 2 h 2 h 30 3 hretour
50 ans – – – 76 66 44 36 30 26 23 19 16
20 ans 228 136 103 71 61 40 28 24 21 19 16 12
10 ans 190 120 92 69 53 31 24 21 18 18 13,5 9,5
5 ans 152 115 82 44 37 23 19 17 15 13 10 9
Dans une première étape, on sélectionne les valeurs qui vont être utilisées, il
peut s’agir soit :
– des maxima annuels, on retient donc une valeur par an (ou douze par an si
l’on veut descendre à la fréquence mensuelle) ;
– des valeurs supérieures à un seuil (cf. figure 2.15). C’est la procédure adoptée
par la Météorologie nationale, où peuvent être retenues plusieurs observations
au cours d’une même année et aucune pour une autre.
La première procédure peut conduire à une sous-estimation pour de faible
période de retour (élément d’averse annuelle selon l’exemple).
Dans une seconde étape, on classe pour chaque intervalle de temps (6 min, …,
24 h) les valeurs retenues par ordre décroissant, en s’intéressant donc aux Na plus
fortes valeurs.
On calcule alors la probabilité de dépassement p de chacune de ses valeurs de
rang r, par la relation :
r − 0, 5
p(r) =
Na
On établit ainsi la distribution de fréquence de la variable p ( ∆t, t ) corres-M
pondant aux diverses périodes de retour t que l’on souhaite étudier (les plus
courantes : 1 mois, 1 an, 5 ans, 10 ans), la période de retour t étant l’inverse de la
probabilité de dépassement : t = 1/ p.
pour ce faire, on ajuste généralement une loi de probabilité théorique sur les
distributions faisant appel à des lois de valeurs extrêmes comme celle de Gumbel,
ou celle de Weibull moins rectrictive quant à la taille minimale de l’observation.
il convient de remarquer que les pluies sont soumises à des variations
saisonnières très importantes, un découpage systématique en mois est préférable. On
ajuste alors une loi de probabilité pour chaque mois pour déterminer les
probabilités des deux saisons hydrologiques (novembre à avril et mai à octobre) et les
probabilités annuelles par composition des mensuelles.
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit66 Les réseaux d’assainissement
Figure 2.15 j Corrélation hauteur-fréquence de précipitations 24 h, produite par Météo
France.
On peut se dispenser de l’ajustement d’une loi de probabilité en estimant les
valeurs H ( ∆t, t ) par interpolation entre les valeurs classées où t correspond au
M
rang :
Na
r=+ 0, 5
t
On peut également ajuster les valeurs H ( ∆t, t ) en utilisant un papier
semiM
logarithmique où l’échelle logarithmique est affectée aux probabilités de
dépassement selon la loi à décroissance exponentielle.
À l’issue de ces estimations, on dispose pour chaque intervalle de référence dt
( ∆t, t ) ajustées correspondant à une période de retour t donnée, des valeurs HM
et on calcule les intensités correspondantes :
H ( ∆t,t)Mi (t,t) =M ∆t
sur lesquelles on recherchera à placer une courbe homographique ou une droite
exponentielle par la méthode des moindres carrés (cf. annexe 1).
N En synthétisant les dépouillements ci-avant :
• soit par des familles de courbes donnant pour un intervalle de récurrence
de l’averse (c’est-à-dire une fréquence ou une probabilité déterminée), l’intensité
moyenne i en fonction de l’intervalle de référence ∆t.
M
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLes données hydrologiques 67
• soit par des formules d’interpolation qui sont la représentation mathématique
des familles de courbes dont il est question ci-dessus. Ces formules sont
généralement de l’un des deux types :
– une courbe s’abaissant aux extrémités ayant pour équation une fonction
a
dérivée logarithmique, dite « homographique » y =, c’est-à-dire une
b +xintensité moyenne maximale :
a
i = (1)
b +t
– u ne courbe matérialisée par une droite de régression dans le repère
loga–brithmique, dont l’équation est en fait une fonction puissance : y = x . Cette
droite correspond aux intensités remarquables dites « exponentielles » ou de
« Montana » :
– B i = a · t (2)
où t est l’intervalle de temps ∆t considéré ou temps de concentration t a, b et c ;
a , B sont des paramètres d’ajustement qui dépendent du lieu L où se trouve la
station météorologique et de la période de retour t de l’averse, soit :
a(L,t)
i =(L,t)b +t(L,t)
−Bi= a⋅t (L,t)(L,t) (L,t)
On trouvera, figure 2.16, les courbes de la formule (1) qui dépendent de paris
Montsouris pour les périodes de retour t de six mois à cinquante ans.
La formule (2) est acceptable et même préconisée, mais généralement elle
s’adapte moins bien que la formule homographique (1) à la représentation des
courbes expérimentales dans un grand intervalle (une minute – six heures par
exemple) des couples de valeurs (i, ∆t).
Mathématiquement, les formules homographique et exponentielle ne sont pas
très différentes l’une de l’autre. e n effet, lorsqu’on introduit le paramètre de durée
des pluies suivant :
t = t + βm
avec
t = temps de concentration,
β = coefficient constant.
Ces deux formules (1) et (2) peuvent s’exprimer sous la forme générale suivante :
–bm i (t , t ) = a · tm m m m
– dans laquelle :
bm est variable pour la formule exponentielle, constant pour la formule
homobmgraphique = 1,
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit68 Les réseaux d’assainissement
Figure 2.16 j Courbe des intensités moyennes maxima : paris Montsouris.
t = t + β, β est nul pour la formule exponentielle et variable pour la formule m
homographique.
s i l’on émet une analyse un peu approfondie, on s’aperçoit que c’est en fait la
valeur β qui diffère ces deux formules.
La formule exponentielle est représentative d’une gamme variée d’orages
violents et de pluies cycloniques fortes et soutenues, la formule homographique
est mieux adaptée aux climats tempérés.
Les représentations graphiques ci-après illustrent les écarts que l’on peut
obtenir entre plusieurs courbes d’intensité-durée-fréquence reconnues qui
résultent non seulement de traitements différents des données, mais surtout d’une
représentation mathématique différente des formules de type 1 et 2.
De cette comparaison (figure 2.17), on constate en effet que les courbes se
croisent et se superposent, mais divergent aux extrêmes. pour une durée de 20 à
30 minutes (temps de concentration d’une zone de 100 à 200 ha), le rapport
multiplicateur varie de 1 à 1,5 et sur 24 h, le rapport est plus de 3.
La difficulté d’obtention d’un ajustement satisfaisant des coefficients de la
courbe exponentielle dite de Montana oblige à les calculer sur plusieurs segments
de validité à définir, correspondant aux intervalles de temps. par exemple, sur
r ouen, on compte quatre segments :
–0.543– i = 4.333 t entre 6 et 25 min ;(10)
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–0.702– i = 7.384 t entre 25 et 60 min ;
(10)
–0.729– i = 8.369 t entre 60 et 180 min ;(10)
–0.827– i = 13.602 t entre 180 et 360 min.(10)
Figure 2.17 j Comparaison de courbes d’intensités-durées-fréquences (10 ans)
applicables en région parisienne.
Certains préconisent de calculer les coefficients sur des domaines de
validités bien définis, s’appliquant aux durées de pluies internes des hyétogrammes
de pluies mesurées. C’est-à-dire une succession de pics qui peuvent conduire
à n courbes iDF superposées sur la durée d’une pluie de projet (6-30 min,
15-60 min…) qu’il s’agira ensuite d’utiliser dans les n simulations pour produire n
débits de pointe en chaque point du réseau.
A contrario, les ajustements (figures 2.18 et 2.19) en région tropicales humides
montrent que la formule homographique s’adapte moins bien au lissage entre la
série de valeurs (i , ∆t).m
M. Grisollet a déduit de ses dépouillements, la possibilité d’extrapoler la
formule d’intensité selon la fréquence, par l’expression suivante :
a 0,5(10)
i=⋅(F) b+ t F+ 0, 4(10)
où F est la fréquence exprimée, pour une période de retour de 10 ans :
1
F =.
10
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Figure 2.18 j Courbe intensité-durée fréquence 10 ans (ile Maurice).
© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLes données hydrologiques 71
il est à noter que cette formulation établie sur la base d’observations à paris
est applicable aux fortes fréquences (annuelle 1/1, semestrielle 1/0,5, mensuelle
1/0,12) mais bien moins pour les faibles fréquences (par exemple centennale
F = 1/100, qui est généralement de l’ordre de 1,6 à 1,8 fois la valeur d’une
fréquence décennale).
La fréquence décennale est couramment choisie pour les réseaux projetés et la
fréquence cinquantenaire pour les gros ouvrages de sécurité ou la probabilité de
risques est grande. La norme européenne en vigueur depuis 1996 (tableau 2.5)
stipule une protection modulée en fonction du lieu, des fréquences de mise en
charge et d’inondation. Délicate application ! il paraît en effet difficile d’accepter
de prévoir dans des ouvrages existants une fréquence de mise en charge bien
plus forte (plus souvent) que la fréquence d’inondation (rapport de 1 à 10), ou de
concevoir par exemple un réseau avec une fréquence annuelle de mise en charge
déterminant son dimensionnement qui conduirait à des débordements
d’inonda2tion décennale , notamment d’un collecteur d’une rue pentue.
Tableau 2.5 j r ésumé de la norme FN e N 752-2.
Fréquence Fréquence de mise
Lieu d’inondationen charge
1 an Zones rurales 1 tous les 10 ans
1 tous les 2 ans Zones résidentielles 1 tous les 20 ans
1 tous les 2 ans Centre-villes/zones industrielles 1 tous les 30 ans
ou commerciales
1 tous les 5 ans – si risque d’inondation vérifié
– si risque d’inondation non vérifié
1 tous les 10 ans passages souterrains routiers ou ferrés 1 tous les 50 ans
Dans certains cas, il peut ne pas être trop onéreux de rechercher une
sécurité quasi-absolue (drainage de surfaces critiques peu étendues, de toitures, de
terrasses légères…) ; on utilisera alors les plus fortes intensités maximales,
c’està-dire les « records » enregistrés au cours d’une très longue période de mesures
effectuées au même point ou, pour accroître encore la sécurité, se référant à un
ensemble de points répartis sur l’étendue du bassin (tableaux 2.6 et 2.7).
Tableau 2.6 j « r ecords » enregistrés à paris-Montsouris.
Durée de
1 min 5 min 10 min 15 min 30 min 1 h 2 h 3 h
référence
intensités maximales
moyennes 3,8 3,0 2,4 2,2 1,6 1,0 0,6 0,4
(en mm/min)
2. Cf. chapitre 9 § 8.1.1. relatif à la notion de période de retour d’insuffisance globale.
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Tableau 2.7 j « r ecords » enregistrés dans la région parisienne.
Durée de référence 5 min 20 min 30 min 40 min 1 h 1 h 30
intensités maximales moyennes
3,5 2,0 1,9 1,6 1,4 1,1
(en mm/min)
– BOn peut également obtenir a , B de la formule i = a · t pour une période
de retour t , en disposant des relevés sur au moins n années, en ayant choisi des
plages de durée déterminée, dans l’exemple ci-après 5’, 10’, 15’, 30’, 1 h, 1 h 30,
2 h, 2 h 30, 3 h, 4 h et ayant attribué dans chaque plage la fréquence 1/t à l’inten -
sité qui s’est produit une fois pendant les t années (2/ t pour la suivante, etc.). Les
points obtenus en coordonnées logarithmiques peuvent être ajustés par un procédé
graphique sur la droite qui permet d’obtenir a et B.
Log i = log a – B log t
L’exemple qui suit concerne un dépouillement des pluviogrammes de a
ntananarivo (Madagascar).
– rang n° 1 : 30 ans ;
– rang n° 2 : 15 ans ;
– rang n° 3 : 10 ans ;
– rang n° 5 : 6 ans ;
– rang n° 6 : 5 ans ;
– etc.
Les résultats du classement des intensités sont reportés dans les tableaux 2.8
à 2.11.
Tableau 2.8 j
Durée ∆t en min
(période) 5’ 10’ 15’
Rang
(année)
Intensité Intensité Intensité
Date Date Date
(mm/h) (mm/h) (mm/h)
1 30 13.11.57 209,0 01.03.56 164,4 13.11.57 145,5*
2 15 27.01.63 197,0 13.11.57 155,4 01.03.56 135,6
3 10 12.12.50 192,0 27.01.63 137,4 28.04.40 129,2
4 7,5 06.01.42 185,0 22.11.65 132,0 22.11.65 120,0
5 6 10.12.63 183,6 10.12.63 131,1 01.12.43 120,0
6 5 22.11.65 181,2 28.04.40 129,2 10.12.63 113,6
7 4,5 26.12.57 170,4 05.11.69 126,0 01.12.44 111,2
8 3,75 01.03.56 164,4 01.12.44 124,8 27.01.63 110,0
9 3,33 27.11.61 155,5 12.10.53 120,0 26.12.57 109,6
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Tableau 2.9 j
Durée ∆t en min
(période) 30’ 60’ 90’
Rang
(année)
Intensité Intensité Intensité
Date Date Date
(mm/h) (mm/h) (mm/h)
1 30 28.04.40 102,8* 13.11.57 84,2 13.11.57 67,7
2 15 13.11.57 99,4 28.04.40 83,1 28.04.40 65,0
3 10 01.12.43 97,2 24.11.62 72,1 24.11.62 63,5
4 7,5 22.11.65 88,0 30.10.50 68,7 03.03.41 61,5
5 6 01.03.56 85,6 21.03.50 68,1 21.03.50 61,5
6 5 18.01.48 83,2 01.12.43 66,4 08.11.51 60,4
7 4,5 21.03.50 80,6 03.03.41 65,6 29.01.38 58,9
8 3,75 24.11.62 80,2 18.01.50 64,0 26.02.73 55,8
9 3,33 04.12.71 80,0 26.02.73 63,2 18.01.48 55,1
Tableau 2.10 j
Durée ∆t en heures
(période) 2 h 2 h 30
Rang
(année)
Intensité Intensité
Date Date
(mm/h) (mm/h)
1 30 13.11.57 44,4* 13.11.57 40,6*
2 15 20.12.66 43,9 21.03.50 36,1
3 10 21.03.50 40,8 20.12.66 34,2
4 7,5 13.11.57 40,7 29.01.38 33,2
5 6 29.01.38 40,5 23.02.46 33,0
6 5 24.11.62 38,4 13.11.57 32,6
7 4,5 08.11.51 35,4 24.11.62 31,1
Tableau 2.11 j
Durée ∆t en heures
(période) 2 h 2 h 30
Rang
(année) Intensité Intensité
Date Date
(mm/h) (mm/h)
1 30 03.03.41 37,9* 03.03.41 30,6*
2 15 21.03.50 30,9 21.03.50 24,4
3 10 20.12.66 29,2 23.02.46 22,3
4 7,5 23.02.46 29,2 29.01.38 22,0
5 6 13.11.57 27,2 20.12.66 21,3
6 5 29.01.38 26,7 24.11.62 21,1
7 4,5 24.11.62 25,5 28.02.41 20,7
* points sur la courbe figure 2.19.
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–B
Figure 2.19 j a justement par une fonction i = a t sur des éléments d’averses à a ntananarivo (Madagascar).
© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délitLes données hydrologiques 75
–Be n cherchant une formule du type i = a · t , on trouve, en reportant
(figure 2.19) sur papier bilogarithmique les valeurs des intensités obtenues en
fonction des diverses durées t et des fréquences 1/30, 1/10 et 1/5 des droites
d’assez bonne concordance entre 15 minutes et 2 h 30, qui représentent
respectivement les formules pour les fréquences :
700 12
1/30 i = mm /h  mm /min
0,56 0,56tt
600 10
1/10 i = mm /h  mm /min
0,56 0,56tt
525 9
1/5 i = mm /h  mm /min
0,56 0,56tt
400 7
1/1 i = mm /h  mm /min
0,56 0,56tt
Figure 2.20 j Courbe d’intensité-durée-fréquence (1) en mm/minute ; (2) en mm/heure.
On intègre fréquemment la fréquence à la formule logarithmique
d’intensitédurée. Cette expression se détermine de la même manière, en reportant les valeurs
sur papier bilogarithmique, suivant l’exemple (figure 2.20). On obtient ainsi la
formule suivante :
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© Lavoisier – La photocopie non autorisée est un délit76 Les réseaux d’assainissement
–B c i = a · t · t (3)
avec la même définition des paramètres que dans l’expression (2) ci-dessus et qui,
à partir du report des valeurs de a ci-dessus, aux différentes périodes de retour :
t = 1, 5, 10 et 30 ans, donne la formule résultante suivante :
–0,56 0,17 i = 400 t t
Cette méthode d’établissement des courbes exponentielles
d’intensité-duréefréquence peut avoir une représentation graphique synthétique et permettre
l’extrapolation des courbes, pour obtenir les intensités d’une période de retour au-delà de
l’intervalle de récurrence connu, comme l’illustre le graphique (figure 2.21), établi
à partir des valeurs extraites des quatre tableaux 2.8 à 2.11 ci-dessus, relatives aux
durées de 5, 10, 15, 30, 60 min, 1 h 30, 2 h, 3 h, 4 h (les valeurs correspondant à 2 h
30 n’ont pas été reportées) et aux périodes de retour de 5, 10 et 30 ans.
t outefois, il faut émettre des doutes sur la valeur d’une telle extrapolation à
100 ans, dans le présent cas de figure, bien que l’on constate dans les régions
tropicales humides, des écarts faibles entre les différentes fréquences.
e n France, le coefficient λ pour une période t = 1 an, est en moyenne : 0,45 à
0,50 de t = 10 ans (figure 2.13 et 2.13 bis) ; ici, le même coefficient λ est égal à :
400 7
 = 0, 70
600 10
Figure 2.21 j Courbes d’intensité-durée-fréquence relative à différents intervalles de
référence.
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