Etude ARTELIA 2016-2017

Etudes hydrauliques sur l’Arc

Le Schéma d’Aménagement et de Gestion des Eaux (SAGE) du bassin versant de l’Arc a été approuvé en mars 2014 et intégré aux annexes du PLU de Trets approuvé en 2017.
En raison de l’Arc et de ses principaux vallats, la commune de Trets est incluse dans le Territoire à Risque important d’Inondation (TRI) d’Aix-en-Provence et Salon-de-Provence [8]. L’aléa inondation y a alors été déterminé de manière plus précise par des études hydrauliques du bureau d’études SAFEGE.

Etudes hydrauliques sur les affluents de l’Arc

La définition précise de l’aléa inondation des ruisseaux traversant la commune avant de rejoindre l’Arc a nécessité la réalisation de plusieurs études hydrauliques par différents bureaux d’études.
Le bureau d’études GINGER a notamment produit deux études hydrauliques sur le ruisseau du Longarel en septembre 2006 et juin 2008. Ce ruisseau et celui de la Bagasse ont par la suite fait l’objet d’une étude complémentaire menée en février 2012 par les cabinets envéo Aménagement et CEREG Ingénierie.
De même, deux études hydrauliques ont également été réalisées par les bureaux d’études GINGER (août 2006) et PROVENCE GEO CONSEILS (février 2007) sur le ruisseau de la Gardi sur le territoire communal de Trets.
Mais ces nombreuses études hydrauliques réalisées sur les cours d’eau et sur le réseau pluvial traversant la zone d’extension urbaine de Trets restent complexes et parfois contradictoires (méthodes et hypothèses différentes). Par conséquent, les informations intégrées au PLU n’ont pas toujours été appropriées [6]. Ainsi, en 2010, la commune a statué en faveur de la révision de son document d’urbanisme [6]. Pour définir ses orientations d’aménagement et dans le cadre de sa politique de prévention contre le risque inondation, la commune a demandé que cette révision permette une meilleure prise en compte des risques naturels d’inondation.
Par demande de la commune, en 2010 puis 2012, les cabinets envéo Aménagement et CEREG Ingénierie ont alors affiné et complété la délimitation des zones inondables dans le secteur d’extension urbaine dans la plaine de Trets via deux études hydrauliques complémentaires basées sur une modélisation bidimensionnelle. Les résultats obtenus ont ensuite été complétés par une étude sur le ruisseau de la Gardi.

Etude ARTELIA 2016-2017

Le PLU de Trets a été révisé et approuvé le 12 décembre 2017. Dans le cadre de cette nouvelle révision, le bureau d’études ARTELIA a réalisé une nouvelle étude afin de redéfinir les aléas et le risque inondation des ruisseaux de la Gardi, de la Bagasse et des Seignières (janvier 2015) à l’aide d’un modèle hydraulique couplé 1D/2D. Elle a ensuite été complétée en novembre 2015 avec l’ajout d’une étude sur le ruisseau du Longarel. En octobre 2017, une étude s’est concentrée sur la définition de l’impact de la construction de la ZAC (Zone d’Aménagement Concerté) René Cassin sur la zone inondable du terrain projeté. Cette définition du risque inondation a ensuite été intégrée dans le PLU de Trets et complétée par un règlement également intégré au PLU.
La cartographie du risque inondation obtenue par ces dernières études est présentée dans la partie suivante.

Contexte réglementaire sur la commune

Cartographie du risque inondation

Conformément aux préconisations de la DDTM des Bouches-du-Rhône, ARTELIA a réalisé une cartographie de la zone inondable en croisant l es hauteurs et l es vitesses calculées pour l’évènement pluvieux de référence centennal et en appliquant ainsi la grille de croisement cidessous (Figure 3).
Pour les zones où la hauteur d’eau maximale atteinte n’excède pas 5 cm, une classe d’aléa particulière a été définie. En effet, le risque de dommages importants est négligeable à cette hauteur et ce, quelle que soit la vitesse d’écoulement atteinte.
Le PLU retranscrit les résultats de cette étude en identifiant des zones à risque inondation. L’annexe 1 du règlement précise les prescriptions à respecter pour chaque type de zone. Elles sont ainsi décrites par différentes symbologies. Pour les cours d’eau qui ont fait l’objet d’une étude comprenant une modélisation hydraulique des écoulements permettant de définir des hauteurs et des vitesses associées à un épisode pris comme référence hydrologique, les zones suivantes ont été définies (Figure 4) :
 Les zones rouges pour les Zones Peu ou Pas Urbanisées (ZPPU) ;
 Les zones rouge et bleu clair pour les Autres Zones à Urbaniser (AZU) ;
 Les zones bleu foncé pour les Centres Urbains (CU)

Réglementation associée au risque inondation

Règles générales

Dans le Règlement du PLU, les prescriptions suivantes sont énoncées :
 « De manière générale, tout projet doit être conçu de façon à ne pas aggraver le risque inondation, sur le site-même du projet et sur les sites environnants.
Est désigné par « projet » tout aménagement, ouvrage, installation, exploitation ou construction nouvelle. Ceci inclut les projets d’intervention sur l’existant tels les changements de destination, les extensions et les reconstructions, et ce qu’ils soient soumis ou non à la nécessité d’une déclaration préalable ou de l’obtention d’un permis de construire. » [9] p. 116.
 « Les projets seront conçus, réalisés et exploités de manière à :
 Assurer une transparence hydraulique optimale ;
 Limiter autant que possible les obstacles à l’écoulement des eaux (par exemple en positionnant l’axe principal des installations dans le sens du plus grand écoulement des eaux) ;
 Présenter une résistance suffisante aux pressions (ancrage, amarrage…) et aux écoulements jusqu’à la crue de référence ;
 Ne pas induire de phénomènes d’affouillement des berges naturelles ou de mettre en danger la stabilité des talus de rives. » [9] p. 116-117.

Prescriptions relatives aux zones de risques en secteur AZU

Dès lors que le projet est localisé en zone AZU (zone à urbaniser), les zones rouge, bleue clair, violette et grise sont particulièrement considérées. Les principales prescriptions relatives au futur projet édictées dans le règlement écrit du PLU [8] sont détaillées ci-après.

Zone violette

Dans cette zone, « la création ou l’aménagement de sous-sol, à l’exception de cas spécifiques » est interdite. En revanche, y est autorisé « toute construction sous réserve que le 1er plancher aménagé soit calé au minimum à la cote TN + 20 cm » (cote du Terrain Naturel).

Zone grisée

Au sein de cette zone, la règlementation indique que, « par principe de précaution en l’absence de connaissance de l’aléa de référence, la totalité de l’emprise de la zone HGM est considérée comme potentiellement soumise à un aléa fort, et de fait fermée à toute construction nouvelle ».

Zone rouge

Dans cette zone, « la création de bâtiments neufs ainsi que la création de remblais » est interdite. En revanche, « la matérialisation au sol d’emplacements de stationnement dans le cadre d’un projet de construction ou d’aménagement urbain » y est autorisée.

CONSTRUCTION DU MODELE HYDRAULIQUE

Modèle utilisé

Afin de modéliser la zone d’étude, le code HEC-RAS 2D (Hydrologic Engineering Centers River Analysis System) est utilisé. En l’absence de réseau hydrographique, la réalisation d’une modélisation 2D est en adéquation avec la configuration du secteur et les objectifs attendus.
Les principaux logiciels utilisés pour la réalisation de l’étude sont les suivants :
 HEC-RAS 2D est un ensemble de codes de modélisation dédiés aux écoulements à surface libre développés par le USACE (US Army Corps of Engineers) ;
 QGIS est un système d’information géographique. Il sera utilisé pour le traitement des données topographiques en entrée de modèle et pour la présentation sous forme cartographique des résultats issus de la modélisation hydraulique.
Le module hydrodynamique de HEC-RAS 2D permet de modéliser toute zone assujettie à des écoulements multidirectionnels. Il simule les variations du niveau d’eau et des débits en réponse à une quantité de variables (précipitation, évaporation, rugosité du lit…).
HEC-RAS 2D est particulièrement adapté aux milieux tels que les plaines inondables ou les zones urbaines et dispose donc d’un domaine d’application vaste (risque d’inondation et analyse détaillée des champs d’expansion de crues, rupture de barrage et de digue).
La propagation des ondes de crue s’appuie sur un maillage créé à partir de données topographiques surfaciques. La création de ce maillage est une étape importante pour la modélisation. Les cotes des points du maillage sont obtenues par interpolation des points du semis.
Les simulations permettent d’obtenir les niveaux d’eau et les composantes de la vitesse dans le domaine étudié.

Conditions aux limites

Condition limite amont

Les zones exposées aux risques d’inondation par débordement de cours d’eau ont été identifiées sur l’ensemble de la commune dans le cadre de différentes études hydrauliques.
Celles-ci ont été synthétisées au sein du PLU approuvé en 2017 sur la base de la crue centennale retenue comme la crue de référence.
La condition limite amont sera dès lors constituée par l’injection d’un débit correspondant à un événement centennal en tête de bassin versant. Nous nous sommes basés sur les hypothèses hydrologiques prises dans le cadre de l’étude hydrauliques réalisée par le bureau ARTELIA en 2017 [1]. Dans son étude, le débit spécifique centennal du bassin versant de la Bagasse au sein duquel s’insère notre projet a été estimé à 16 m³/s/km 1,6 . Rapporté à une surface de 61 ha, le débit centennal que nous considèrerons dans le cadre de cette étude est ainsi de 11 m³/s.
Le débit spécifique se définit comme la contribution de l’écoulement par unité de surface [2], autrement dit comme le volume d’eau qui s’écoule en moyenne chaque seconde par km² du bassin. Ce débit correspond ainsi au rapport du débit moyen annuel du cours d’eau et de la superficie de son bassin versant [2]. Le débit spécifique permet de comparer différents cours d’eau en dépit de l’étendue des bassins versants [2] à laquelle ils ne sont que faiblement liés [1].
Le débit spécifique obtenu par ARTELIA résulte de l’analyse de 80 bassins versant à Rognes (13) qui a permis de dresser des abaques de débits spécifiques [ 1]. L’utilisation de ces abaques a donc permis de déterminer le débit spécifique du ruisseau de la Bagasse dont on connaissait la surface du bassin versant que celui-ci draine. Cette méthode et la valeur de ce débit ont également été validées par la DDTM des Bouches-du-Rhône.

Hydrogramme de projet

Le présent modèle fonctionne en régime transitoire. Cela permet d’intégrer le facteur temps à travers la prise en compte d’un hydrogramme.
L’utilisation d’un hydrogramme permet une mise en eau progressive du modèle. L’intérêt principal est ainsi de prendre en compte le stockage éventuel qu’il peut y avoir et ainsi le laminage de la pointe de crue. Un hydrogramme fictif simple triangle, d’une durée de 4 heures et dont le débit maximal de 11 m³/s survient après 2 heures est ainsi injecté dans le modèle (Figure 10).

Condition limite aval

En l’absence de contrainte avale marquée, la condition limite aval du modèle est constituée par la topographie du MNT. La limite du modèle a été positionnée suffisamment en aval du projet pour permettre au modèle de s’équilibrer et y éviter tout risque de perturbation.

Coefficient de rugosité

Le coefficient de rugosité est un paramètre essentiel du modèle hydraulique. Il est dir ectement lié à l’occupation des sols du secteur d’étude. De manière générale, une augmentation du coefficient de rugosité (coefficient de Manning) induit une diminution de la vitesse d’écoulement et une augmentation des lignes d’eau. A contrario, une dimin ution de ce coefficient accélère l’écoulement, ce qui entraîne une diminution des lignes d’eau.
L’absence de données de calage au niveau de la zone d’étude ne permet pas le calage du modèle en fonction de ces coefficients de rugosité. Les valeurs attribuées à chaque type de sol sont donc estimées à partir de la littérature. Une analyse de sensibilité du modèle vis -à-vis de ces coefficients est réalisée dans le cadre de la validation de la modélisation.
La Figure 12 précise la répartition géographique des différents types de sol sur la zone modélisée. Celle-ci se base sur les données Corine Land Cover (CLC) de 2012 et le tracé routier extrait des données cadastrales.
Le Tableau 2 ci-après indique les valeurs des Manning pour chacune des occupations du sol considérées.

Analyse de sensibilité

L’objectif d’une analyse de sensibilité est de permettre à l’utilisateur d’évaluer l’impact relatif des paramètres d’entrée sur les résultats de la simulation. L’analyse de sensibilité est définie comme étant la quantification de l’effet d’une ou de plusieurs variables d’entrée sur la ou les variables de sortie.
Dans le cadre de cette modélisation, l’analyse permet de quantifier l’influence des débits injectés dans le modèle et des coefficients de rugosité (Manning) sur les hauteurs d’eau maximales et les vitesses d’écoulement maximales simulées.
A cette fin, cinq simulations ont été effectuées. La première constitue l’état de référence. Les quatre autres consistent en l’augmentation ou la diminution de 20% des débits injectés dans le modèle ou des coefficients de Manning.

Choix de la méthode conservée

Bien que la méthode 3 permette de conserver par endroit une continuité de l’aléa, elle présente également deux inconvénients par rapport à la méthode 2. En effet, la conversion du vecteur en raster (voir 3.2.3.) engendre un décalage de ce dernier. Par exemple, avec 0,5 m en paramètre d’entrée de l’outil de conversion, un décalage du raster de 0,25 m vers le haut et de 0,25 m vers la droite est observé. Néanmoins, ce léger décalage peut être négligé vis-à-vis de l’échelle du modèle.
Ensuite, en majorant l’aléa de quelques mètres, des zones qui ne sont pas couvertes par un aléa inondation peuvent l’être avec la méthode 3.
Finalement, dans l’intérêt du client, la carte d’aléa obtenue avec la méthode 2 a été choisie (Annexes 11 et 12). En effet, sur la parcelle du projet, la partie du terrain reprise en zone rouge est moins étendue qu’avec la méthode 3 qui l’extrapole par rapport aux résultats bruts.
Le client devrait alors potentiellement renoncer à la vente d’un lot sur sa parcelle. Enfin, certaines zones relativement étendues d’aléa « fort » sont éliminées avec la méthode 2.
Certaines de ces zones sont donc ajoutées à la main (voir 3.2.1.), notamment au sud-est de la parcelle de M. Ferrante (Annexes 14 et 15)

Conclusions d’après la réglementation

La règlementation liée à chacune des zones d’aléa a été détaillée précédemment. En se référant à la carte d’aléa obtenue précédemment (Annexe 13), il en ressort que sur la parcelle de M. Ferrante :
 Les zones rouges sont inconstructibles ;
 Les constructions en zone bleu clair sont autorisées sous réserve que le 1er plancher aménagé soit calé au minimum à la cote PHE + 20 cm ;
 l’emprise au sol des constructions sur la partie inondable du terrain support du projet est limitée : elle doit être inférieure à 30 % de cette surface inondable, ou jusqu’à 50 % si cette emprise supplémentaire est conçue de telle sorte qu’elle réponde à l’objectif de transparence hydraulique (construction sur pilotis ou vide sanitaire transparent par exemple) ;
 La matérialisation au sol d’emplacements de stationnement est possible en zone rouge et bleue clair.

CONCLUSION

Suite à différentes études hydrauliques sur le fleuve de l’Arc et les ruisseaux traversant son territoire communal, la ville de Trets a récemment révisé son PLU et notamment la cartographie du risque inondation auquel elle est exposé. La qualification de l’aléa inondation sur une partie de la commune a été réalisée par le bureau d’études ARTELIA en 2017. Une
réglementation plus précise concernant les aménagements en zone inondable a été ajoutée au PLU finalement approuvé en décembre 2017.
Le propriétaire d’un terrain repris d’après ce PLU en zone inondable au sein du secteur AZU selon un aléa « à déterminer » a déposé une demande d’aménagement de sa parcelle pour la construction future d’un lotissement. Afin de pouvoir étudier la demande de M. Ferrante, la mairie de Trets a ainsi demandé qu’une étude hydraulique précise et quantifie le risque au droit du présent projet.
Cette étude a été réalisée par le bureau d’études AquaGeoSphere au travers d’une modélisation hydraulique 2D. L’emprise du modèle représente une superficie de 242,5 ha. Comme demandé par la DDTM des Bouches-du-Rhône, l’emprise du modèle a été conçue à l’échelle du bassin versant (d’une emprise de 61 ha à l’amont du projet) et a intégré la zone AZU (Autre Zone Urbaine) du PLU de la commune de Trets concernée par l’axe d’écoulement.
L’estimation du débit de référence centennal injecté dans le modèle se base sur les hypothèses hydrologiques prises dans le cadre de l’étude hydrauliques réalisée par ARTELIA en 2017. Dans son étude, le débit spécifique centennal du bassin versant de la Bagasse au sein duquel s’insère le projet a été estimé à 16 m³/s/km 1,6 . Rapporté à une surface de 61 ha, le débit centennal considéré dans le cadre de cette étude est ainsi de 11 m³/s. Une analyse de sensibilité a permis d’évaluer l’impact relatif des paramètres d’entrée, ici les coefficients de rugosité et le débit d’injection, sur les résultats de la simulation. Les hypothèses prises sur ces paramètres ont ainsi été conservées.
Les hauteurs d’eau maximales obtenues sur la parcelle sont inférieures à 50 c m et majoritairement comprises entre 20 et 40 cm. De même, les vitesses d’écoulement maximales sont globalement inférieures à 1 m/s, sur la partie ouest de la parcelle. En revanche, elles sont supérieures à 1 m/s en partie est de la parcelle et atteignent un maximum de 2 m/s au sud-est de cette dernière.
Le croisement de ces résultats et des zones d’enjeux urbains a permis de définir le zonage du risque inondation au droit de la parcelle.
Finalement, la parcelle est reprise en zone bleue clair dans sa partie ouest, avec suffisamment d’espace pour vendre plusieurs lots constructibles. En revanche, du fait des vitesses d’écoulement élevées, l a partie est est située en zone rouge, y rendant impossible toute autorisation d’aménagement.

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Table des matières
Remerciements 
Résumé 
Abstract 
Liste des figures 
Liste des tableaux 
Liste des sigles 
INTRODUCTION 
1. CONTEXTE DE L’ETUDE 
1.1. Présentation générale de la commune de Trets
1.2. Contexte hydrographique de la commune
1.3. Etat des lieux des connaissances sur le risque inondation
1.3.1. Avant l’étude ARTELIA 2016-2017
1.3.2. Etude ARTELIA 2016-2017
1.4. Contexte réglementaire sur la commune
1.4.1. Cartographie du risque inondation
1.4.2. Réglementation associée au risque inondation
1.5. Localisation et objet de la mission
1.6. Bassin versant en amont de la parcelle
2. CONSTRUCTION DU MODELE HYDRAULIQUE 
2.1. Modèle utilisé
2.2. Emprise du modèle
2.3. Données topographiques
2.4. Conditions aux limites
2.4.1. Condition limite amont
2.4.2. Condition limite aval
2.4.3. Coefficient de rugosité
2.5. Maillage du modèle
2.6. Analyse de sensibilité
3. RESULTATS DE LA MODELISATION 
3.1. Résultats bruts
3.2. Résultats lissés
3.2.1. Méthode 1 : lissage manuel
3.2.2. Méthode 2 : lissage « en pyramide »
3.2.3. Méthode 3 : lissage « en pyramide »
3.2.4. Choix de la méthode conservée
3.3. Conclusions d’après la réglementation
CONCLUSION 
BIBLIOGRAPHIE 
LISTE DES ANNEXES 

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