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Hydraulique urbaine

L'hydraulique urbaine traite essentiellement de la problématique de conception des réseaux d'évacuation des eaux pluviales en milieu urbain. Cet article porte sur les aspects techniques, voir aussi l'approche institutionnelle dans assainissement.

Il est à noter que, pendant plusieurs décennies, les concepteurs n'ont eu d'autre préoccupation que d'évacuer les eaux plus loin et donc de construire des réseaux toujours plus gros, plus longs et accompagnés d'ouvrages de plus en plus complexes et donc fragiles.

À cette approche lourde, tend à se substituer une logique (La logique (du grec logikê, dérivé de logos (λόγος), terme inventé par Xénocrate signifiant à la fois raison,...) plus durable dans laquelle on essaie de gérer les eaux de pluie (La pluie désigne généralement une précipitation d'eau à l'état liquide tombant de nuages vers le sol. Il s'agit d'un hydrométéore météorologique qui fait partie du...) à la source, en privilégiant l'infiltration et en multipliant les zones de rétention. Cette démarche s'applique à la fois en zone urbaine et en zone rurale où l'évolution des pratiques agricoles (pas seulement le remembrement) est à l'origine de ruissellements mal maîtrisés.

Il n'en demeure pas moins nécessaire de construire des réseaux et donc de les calculer " au mieux ", c'est-à-dire en conciliant les aspects techniques et financiers mais également l'impact humain d'un débordement éventuel. C'est, à la base, un calcul de risque analogue à celui auquel l'assureur se livre lorsqu'il veut déterminer le montant des primes.

La démarche comprend trois étapes successives,

  • détermination de la pluie de référence,
  • appréciation du ruissellement,
  • modélisation du réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on...) et calcul des ouvrages.

La pluie

C'est la pluie, par son caractère aléatoire qui introduit la notion de risque évoquée plus haut. Sa mise en équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement pour poser le problème de leur identité. Résoudre l'équation consiste à déterminer...) repose sur une analyse statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon. D'une façon générale, c'est le résultat de l'application d'une...). Encore faut-il disposer de données en quantités suffisantes.

On peut utiliser tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) d'abord des pluies historiques, utilisant des données compilées par des stations au sol ou des données radar (Le radar est un système qui utilise les ondes radio pour détecter et déterminer la distance et/ou la vitesse d'objets tels que les avions, bateaux, ou encore la pluie....) (e.g, Lidar) On peut utiliser également des pluies synthétiques (e.g la pluie de type Chicago) qui permettent de simuler des pluies réelles en utilisant certains paramètres. (e.g des coefficients provenant de courbes IDF - 'intensité-durée-fréquence).

Le ruissellement

Il s'agit d'appréhender la " réponse " du bassin versant (Un bassin versant ou bassin hydrographique est une portion de territoire délimitée par des lignes de crête, dont les eaux alimentent un exutoire commun : cours d'eau ou lac. La ligne séparant deux bassins versants adjacents...) à la pluie. En zone rurale, l'exercice est particulièrement difficile puisqu'il faut prendre en compte la capacité d'infiltration des sols, éminemment variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule,...) selon le degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :) d'avancement des cultures et la pluviométrie dans les jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale) et sa durée...) précédents.

Les coefficients de ruissellement utilisés dans les calculs de débits avec la méthode rationelle sont fonction de la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) en présence. Ainsi, une surface asphaltée aura un coefficient (En mathématiques un coefficient est un facteur multiplicatif qui dépend d'un certain objet, comme une variable (par exemple, les coefficients d'un polynôme),...) de ruissellement variant de 0,7 à 0,95. Par contre, une surface engazonnée sur un sol sableux aura un coefficient variant entre 0,05 et 0,20.

En zone urbaine " normalement " dense, on se contente généralement de travailler à partir de coefficients d'imperméabilisation (pour le calcul du débit (Un débit permet de mesurer le flux d'une quantité relative à une unité de temps au travers d'une surface quelconque.) de pointe) ou de coefficients d'apport (pour le calcul des bassins de retenues).

La modélisation

Une technique de détermination des débits est l'utilisation de la méthode rationnelle. Elle prend en compte plusieurs hypothèses de départ.

  • L’intensité de l’averse est uniforme et dans le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) et sur tout le bassin de drainage.
  • La durée de l’averse tD est égale au temps de concentration tc du bassin de drainage.
  • La fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit...) d’occurrence T du débit de pointe Qp est la même que celle de la précipitation (En météorologie, le terme précipitation désigne des cristaux de glace ou des gouttelettes d'eau qui, ayant été soumis...).
  • Le débit de pointe Qp est une fraction du débit précipité (En chimie et en métallurgie, un précipité est la formation d'une phase dispersée hétérogène dans une phase majoritaire....).

La formule de base de la méthode rationelle est Q=(CiA)/360 où Q est le débit en m³/s, i l'intensité de la pluie en mm/heure et A la surface en ha. Toute la difficulté consiste à choisir la bonne durée de pluie, celle qui conduit au débit maximum. Trop courte, elle ne mobilise pas toute la surface d'étude. Trop longue, elle minimise l'effet de pointe. L'expérience a montré qu'une durée égale au temps de concentration du bassin versant considéré est généralement un bon choix.

Le réseau

On s'intéresse au débit de pointe qui détermine le diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère.) de la conduite hydraulique (L'hydraulique désigne la branche de la physique qui étudie les liquides. En tant que telle, les champs d'investigation qu'elle propose regroupent...). La pluie à prendre en compte, pour une période de retour donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) (10 ans par exemple), sera courte et donc brutale. On pourra ignorer les surfaces non revêtues puisque le ruissellement y est significativement plus lent et ne participe donc pas à l'effet de pointe.

Il existe diverses méthodes plus ou moins sophistiquées selon les moyens de calcul dont on dispose et surtout selon la qualité des données que l'on peut y introduire.

Le développement de l'informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement...) a permis de développer des logiciels qui calculent pas à pas le comportement du réseau. On peut ainsi rechercher par itérations successives la pluie qui conduit au meilleur résultat. Encore faut-il que le gain de précision obtenu en modélisant finement les écoulements (équations de Muskingum ou Barré de Saint-Venant) ne soit pas compromis par des données de terrain insuffisamment précises.

Ces méthodes doivent obligatoirement être accompagnées d'un calage des paramètres donc de mesures de terrain (débitmètres, pluviomètres)

Dans les cas simples, les méthodes simplifiées comme celle décrite dans l'instruction (Une instruction est une forme d'information communiquée qui est à la fois une commande et une explication pour décrire l'action, le comportement, la méthode ou la tâche qui devra commencer, se terminer,...) technique déjà citée sont tout à fait acceptables, dès lors que l'on garde à l'esprit leur limitations. Il s'agit de l'actualisation (L'actualisation est la méthode qui sert à ramener à une même base des flux financiers non directement comparables car se produisant à des dates différentes. Cela permet non seulement de les comparer mais...) de la formule de Caquot utilisée en France dès 1947.

Par exemple Q = 1,43 I0,29 C1,20 A0,78 donne le débit décennal Q en m³/s pour la région parisienne. À condition que la pente I soit comprise entre 0,2 % et 5 %, que le ruissellement C soit supérieur à 20 %, que la surface A ne dépasse pas 200 hectares et que le site étudié ne soit pas trop allongé.

Les bassins

On s'intéresse cette fois au contraire à des pluies de longue durée qui, elles, sollicitent les surfaces non revêtues.

Il existe là encore diverses méthodes à utiliser avec discernement.

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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