Surveillance du risque hydrologique diffus le long des itinéraires routiers

Le département du Gard : PICH et autres données disponibles 

Le PICH : Plan d’Intervention aux Crises Hydrologiques

Au début de l’année 2002, la direction départementale de l’équipement du Gard (DDE 30) a souhaité consigner les interventions de ses agents sur le réseau routier principal (routes nationales et départementales), ce qui n’était pas fait jusque là (Lignon, 2004). Cette mesure répondait à deux besoins. Tout d’abord, de nombreux agents étaient sur le point de quitter les services pour partir en retraite, avec pour conséquence la perte d’un savoir important. D’autre part, ce département connaissait -et connaît toujours- une augmentation continue de sa population, avec l’arrivée de nouveaux habitants peu familiers des risques d’inondations. Cet inventaire permettait donc de conserver la mémoire du service (sur une période d’environ 40 ans), mais aussi d’apporter une information à but pédagogique pour ces nouveaux arrivants. Ce travail nommé « Plan d’Intervention des Crises Hydrologiques » (PICH) a été effectué en collaboration avec les cinq anciennes subdivisions du nord-ouest de département (Le Vigan, Quissac, Anduze, Alès et Bessège). Il s’organisait en plusieurs étapes :
– Recenser de la façon la plus exhaustive possible les secteurs routiers submersibles en indiquant le mode de submersion, leur localisation précise et leur fréquence de coupure, en se basant sur les constats de coupure effectués durant les 40 dernières années.
– Proposer des modes opératoires afin d’assurer au maximum la sécurité des usagers.

Concrètement, cette deuxième étape n’a pas été poursuivie, et seul l’inventaire a été réalisé. Les cinq subdivisions ont donc recensé 167 sections du réseau routier submergées par la passé . Pour chacune section, elles ont collecté de nombreuses informations : commune ou lieu-dit, voie concernée et point repérage (PR), motif de la coupure, fréquence, soudaineté, durée, importance du phénomène (hauteur d’eau, longueur submergée. . . ), ainsi que d’autres observations complémentaires.

Toutes ces informations, bien que formant un ensemble très complet, semblent néanmoins limitées pour certaines applications. En effet, l’absence de repère chronologique ne permet pas d’associer les coupures de route à des événements pluviométriques. Il n’est donc pas possible de mettre en perspective ces submersions avec des événements hydrologiques connus. On peut aussi reprocher à cet inventaire une possible non-exhaustivité des localisations des secteurs sensibles du réseau routier. Il se peut qu’il ne soit pas survenu d’orage important dans une zone ou bien que l’événement ait tout simplement été oublié. Il est aussi très probable que de brèves submersions, liées à la faible taille du bassin versant, n’y soient pas mentionnées.

Définition des différents types de coupures 

Lors de l’élaboration du PICH, la DDE du Gard a distingué deux types de coupures : les ouvrages d’art submergés et les points bas qui pouvaient, soit représenter des secteurs où la route longe le cours d’eau, soit un endroit où se produit une accumulation naturelle des eaux pluviales. Malheureusement, cette typologie n’a pas été respectée par l’ensemble des subdivisions puisque des points bas ont été notés en lieu et place d’ouvrages d’art et certains de ces points ont même été répertoriés dans les deux catégories.

Afin d’adopter une classification rigoureuse nous permettant de mieux caractériser les sections submersibles en fonction de leur origine, tout en conservant une classification proche de celle de la DDE, nous avons défini trois catégories : les points d’intersection, les points de côtoiement et les points bas. En voici des définitions simples :
– Points d’intersection : Ce sont les ouvrages de franchissement (pont ou buse) qui matérialisent le franchissement d’un cours d’eau par une route . Les coupures de route liées à l’insuffisance hydraulique de l’ouvrage représentent 78% des submersions contenues dans le PICH. On recense au total 2887 points de franchissement (RN et RD confondues) sur les cinq subdivisions qui nous concernent.
– Points de côtoiement : On appelle point de côtoiement le lieu où les réseaux routiers et hydrographiques se longent de manière rapprochée. A cet endroit, la route se situe dans une zone inondable et peut être submergée lorsque le niveau de l’eau monte pendant un événement pluvieux important. Ils représentent 9% des points submersibles répertoriés.
– Points bas : La définition du point bas (13% des points submersibles) comme «point du réseau routier où se produit une accumulation naturelle des eaux pluviales» est conservée. Dans ce cas, le ruissellement sur la route provient d’une cavité locale, un talweg ou un oued, qui se remplit d’eau en temps de pluie. Il peut aussi avoir pour origine des fossés mal adaptés ou mal entretenus qui débordent par défaut d’écoulement.

Surface des bassins versants concernés 

Pour l’ensemble des routes submersibles appartenant à la catégorie des intersections, le bassin versant placé en amont de ce point a été calculé . On a représenté la répartition des surfaces de bassin sur la figure suivante . On s’aperçoit qu’un tiers des bassins concernés sont de petites tailles (< 5 km² ), ce qui augure d’une montée des eaux très rapide et un délai d’intervention quasi nul. Un second tiers contient les bassins versants dont la surface est comprise entre 5 km² et 30 km² , tailles pour lesquelles les appareils de mesure ne sont pas mobilisés. Enfin, le dernier tiers représente les bassins supérieurs a 30 km² , ce qui se rapproche davantage de la taille d’un bassin jaugé.

Fréquence de coupure 

C’est une autre donnée intéressante contenue dans le PICH. Néanmoins, l’absence de précision induite par certains commentaires peut rendre cette information toute relative. Ainsi, on retrouve des expressions du type « 1 à 5 fois par an », « 2 à 3 fois tous les 10 ans » dont il est difficile d’évaluer la pertinence sachant que la période d’étude est d’au plus 40 ans. Il en est de même pour des périodes de retour estimées à 50 ou 100 ans. . . De plus, une subdivision a remplacé la fréquence de coupure par un commentaire sur la pluie « très forte pluie, pluie exceptionnelle » dont il n’est pas possible de tirer profit. L’analyse du contenu de l’inventaire montre aussi des variations très fortes des valeurs de fréquence de coupure suivant les subdivisions concernées, ce qui laisse des doutes quant à l’interprétation des consignes.

Au final, on considère que 76% des coupures relevées disposent d’une information sur la fréquence de coupure. Lorsque l’on étudie l’occurrence théorique des coupures sur une période de 50 ans  , on constate qu’un nombre important de points (35%) font face à des débordements très fréquents (pluriannuels). Un tel phénomène met clairement en évidence un défaut structurel de la route. Enfin, seulement 17% des coupures répertoriées, avec des périodes de retour supérieures à 5 ans, peuvent être qualifiées d’événements rares.

Présentation des zones de calibrage et de validation

Sur le territoire où a été établi le PICH, nous avons défini un certain nombre de zones qui vont nous permettre de conduire notre étude. Elles ont été choisies en fonction du nombre relativement important de points submersibles que l’on rencontre à l’intérieur de chacune. Cinq de ces zones seront mises à profit pour étudier les spécificités des points submersibles et mettre au point la méthode d’identification des points de coupure. On les appellera par la suite zones de calibration.

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Table des matières

1 Introduction
1.1 Présentation du sujet
1.2 Contexte
1.3 Problématique
1.4 Quelques acquis
1.5 Plan de travail
2 Le département du Gard : PICH et autres données disponibles
2.1 Le PICH : Plan d’Intervention aux Crises Hydrologiques
2.2 Présentation des zones de calibrage et de validation
2.2.1 Présentation des zones de calibration
2.2.2 Présentation des zones de contrôle
2.3 Présentation des données géographiques
2.3.1 Le SIG GRASS
2.3.2 La BD ALTI
2.3.3 La BD CARTO
2.3.4 L’occupation des sols
2.3.5 Les données Sol
2.4 Les données hydrologiques
2.4.1 Données pluviométriques
2.4.2 Données de débit
2.4.3 Critique des données débimétriques
2.5 Données relatives au réseau routier
2.5.1 Inventaire des ouvrages d’art
2.5.2 Carte de gestion de trafic
3 Identification des points sensibles
3.1 Extraction des points a priori sensibles
3.1.1 Extraction des points d’intersection
3.1.2 Extraction des points de côtoiement
3.1.3 Extraction des points bas
3.2 Bilan sur les points extraits
3.2.1 Critique des méthodes utilisées
3.2.2 Bilan par zone de calibration
3.3 Études particulières de points PICH ne figurant pas dans les échantillons extraits
3.3.1 Point n° 60
3.3.2 Point n° 76
3.3.3 Point n° 151
3.4 Bilan
4 Analyse géographique et méthode de caractérisation de la vulnérabilité structurelle
4.1 Procédure de différentiation
4.1.1 Création d’un échantillon unique
4.1.2 Distribution statistique et fonction de densité
4.1.3 Utilisation d’un test statistique
4.1.4 Définition des seuils
4.1.5 Niveaux de la vulnérabilité structurelle
4.2 Caractérisation de la vulnérabilité structurelle locale
4.2.1 Définition des indices topographiques : utilisation du MNT
4.2.2 Prépondérance des indices topographiques locaux
4.2.3 Conclusion
4.3 Caractérisation de la vulnérabilité structurelle à l’échelle du bassin versant
4.3.1 Présentation des indices
4.3.2 Prépondérance des indices à l’échelle du bassin versant
4.3.3 Conclusion
4.4 Caractérisation de la vulnérabilité structurelle : l’ouvrage de franchissement
4.4.1 Calcul du débit critique de l’ouvrage
4.4.2 Estimation du débit décennal
4.4.3 Résultats
4.5 Combinaison des indices
4.5.1 Etude préliminaire
4.5.2 Combinaison des indices géographiques
4.6 Validation
4.7 Utilisation des fréquences de submersion
4.8 Utilisation de la méthode
5 Choix d’un modèle Pluie-Débit
5.1 Utilisation d’un modèle simple et semi-distribué : conséquences et contraintes
5.1.1 Pourquoi un modèle semi-distribué?
5.1.2 Utilisation d’une pluie spatialement distribuée
5.1.3 Prise en compte du processus hydrologique dominant pendant la crue
5.1.4 Pré-détermination des paramètres et utilisation de l’information géographique
5.2 Modèles Pluie/débit existants pour la modélisation des crues éclair
5.2.1 CINECAR
5.2.2 Un autre dérivé du SCS
5.2.3 ALTHAÏR
5.2.4 TOPMODEL
5.2.5 Intercomparaison de modèles
5.3 Protocole de modélisation
5.3.1 Mise en place de CINECAR
5.3.2 Tests de sensibilité
5.3.3 Vers une pré-détermination des paramètres
6 Conclusion

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