échappera-t-on à une crue centennale?

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1 études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 1 Philippe Belleudy risque inondation 1. définition du risque 2. les outils de l ingénieur pour le risque 1. prévision et prédétermination 2. modèles différents types la schématisation pourquoi faire? 3. cartographie 3. traitement structurel du risque inondation 4. ateliers : présentation du cas 1 Copyright 2002 European Space Imaging études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 2 Philippe Belleudy échappera-t-on à une crue centennale? Protection en années (temps de retour) : Probabilité annuelle au non dépassement: Défaillance en : 1 an 2 ans 10 ans 20 ans 50 ans 100 ans 200 ans 1000 ans 2 50% 50% 75% 99.9% % 100% 100% 100% 100% 10 90% 10% 19% 65% 88% 99.5% % 100% 100% % 1% 1.99% 10% 18% 39% 63% 87% % % 0.1% 0.2% exemple : risque inondation à Grenoble niveau de la protection actuelle : Q 10 -Q 15 estimation du coût d une inondation Q 2OO : millions (source SYMBHI) aménagements projetés : protection Q coût : 73 M + entretien 7-11 M 1% 2% 5% 10% 18% 63% Troisième partie : L aménagement du risque inondation par des actions d aménagement. On doit rapprocher la «durée de vie» d un investissement/équipement et la probabilité d occurrence des aléas qui le menacent.

2 études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 3 Philippe Belleudy principes généraux du traitement du risque doit suivre une logique de bassin versant une réalité pour les écoulements une contrainte pour les impacts permet de mettre en œuvre une logique de solidarité «échanger des points de risques» les méthodes de réduction de l aléa : traitement structurel aménagement du lit (quelques impacts morphologiques contradictoires des aménagements) «aménagement»de la crue réduire ou gérer la vulnérabilité : traitement réglementaire Il y a trois principes pour le traitement d un risque qui n est pas acceptable: 1. La crue n est pas un problème qui peut être traité localement: c est l ensemble du BV qui doit être considéré. (a) C est dans le BV que se forme la crue; (b) une action faite en un point a un impact sur d autres point du BV; exemple: endiguement amont; (c) écrêter en amont permet de réduire le débit de pointe de la crue en aval. 2. Chercher à réduire l aléa : diminuer les crues, diminuer les débordements. Mais certaines de ces actions risquent d avoir des conséquences finalement négatives sur le risque inondation en raison des impacts morphologiques à long terme. 3. Chercher à réduire la vulnérabilité : diminuer l enjeu, les dégâts potentiels, l exposition. études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 4 Philippe Belleudy actions sur le lit de la rivière recalibrage augmenter la capacité du lit avant débordement élargissement risbermes enlèvement des atterrissements inconvénients : emprise qualité du milieu stabilité des berges? accélère la propagation impacts morphologiques L Eau Bourde - «Les travaux de recalibrage et de reprofilage du ruisseau sont achevés. Destinés à lutter contre les inondations, ils mettent un terme au cauchemar des riverains» «Le ruisseau est contenu dans un lit plus profond et protégé par une paroi de béton» Inconvénients du recalibrage: Emprise : un élargissement du lit de la rivière nécessite la disponibilité des terrains (exceptionnel en zone urbaine). Qualité du milieu : qualité paysagère et écologique de berges sinueuses, avec végétation diverse vs. Chenal rectiligne avec enrochements. Accélère la propagation : concentration vers l aval; annonce de crue et préparation plus difficiles. Impacts morphologiques (voir + loin). Ce chapitre traite des méthodes de réduction de l aléa.

3 études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 5 Philippe Belleudy actions sur le lit de la rivière études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 6 Philippe Belleudy actions sur le lit de la rivière endiguement protection contre la divagation et protection contre l inondation digues rapprochées et digues éloignées inconvénients : accélère la propagation, écrêtement nul, impacts morphologiques forts exemples : Loire, Isère, Fleuve Jaune endiguement : inconvénients (1) accélère la propagation, écrêtement nul exemple Loire Givry Gien Débit de la Loire en aval du Bec d'allier - crue de décembre 2003 Orléans Blois Tours Langeais l Isère (amont Montmellian) doc. JM Sanchez/ISAIR Débit en m3/s Saumur Ponts-de-Cé Montjean 500 Source des données: DIREN Centre et Pays de Loire données brutes à valider Fourques et le Petit Rhône doc. Beaucaire - Terre d Argence 0 01/12 02/12 03/12 04/12 05/12 06/12 07/12 08/12 09/12 10/12 11/12 12/12 13/12 14/12 15/12 L endiguement a deux objectifs qui sont souvent confondus : (1) la limitation de la divagation (permet d utiliser les terrains) ; (2) la protection contre l inondation. Inconvénients des endiguements: Accélèrent la propagation : concentration vers l aval; annonce de crue et préparation plus difficiles. Écrêtement nul : on ne bénéficie plus en aval de l effet de l inondation des terrains amont. Impacts morphologiques forts d un endiguement rapproché. Augmente la capacité de transport. Souvent compliqué par d autres impacts (extractions par exemple). Propagation d une crue faiblement débordante (reste entre les digues) sur la Loire moyenne. Pas d affluents significatifs (sauf à l aval avant l arrivée de la crue principale). La célérité de propagation de l onde de crue est prévisible (cf. équation de l onde cinématique). L écrêtement est limité : faible diminution du débit de pointe.

4 études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 7 Philippe Belleudy actions sur le lit de la rivière études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 8 Philippe Belleudy actions sur le lit de la rivière endiguement : inconvénients (2) impacts morphologiques forts augmentation de la pente, accélération érosion disparition de l espace de divagation mouvements verticaux endiguement : inconvénients (3) impacts morphologiques forts exemple : Fleuve Jaune (Chine) 17xx, doc. Gallica exemple 1 : Isère en amont de Grenoble rivière «corsetée» «chantournes» , doc. R.Blanchard Une zone naturelle de dépôt et de divagation (contrôle aval par le Drac). Endiguement à partir du XIX siècle. Les torrents affluents sont «conduits» à la rivière par des chenaux surélevés. Les ruisseaux affluents et l impluvium sont drainés vers l aval par des fossés de drainage : les chantournes. De nombreuses perturbations hydromorphologiques tout au long du XX siècle. Attention ici pas de déficit sédimentaire. Au contraire! Forte charge sédimentaire provenant de l amont (lœss). Déficit hydrologique. Divagation historique. Digues «rapprochés» (5 km -> 40 km). Exhaussement moyen du lit 0.30 m/an. Programme strict d entretien et de surveillance.

5 études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 9 Philippe Belleudy actions sur le lit de la rivière études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 10 Philippe Belleudy actions sur le lit de la rivière polder décharge Exemple : la Loire à Blois protection locale d un site isolé + coût réduit ampleur limitée, communications exemples : l Arc à Berre, Caderousse, Bangladesh diguettes + coût réduit esthétique? efficacité locale effet sur la crue aspects réglementaires Bras multiples à l origine. Urbanisation de l île centrale (quartier de Vienne). Endiguement partiel au XVII siècle, complété au XIX siècle. On a préservé les zones basses pour le passage des débits de crue (aménagement de déversoirs de décharge sur la digue en RG). Occupation agricole, puis ateliers (inondés par la crue de 1905). Des aménagements plus contraignants (voirie surrélevée) + évolution de l urbanisation dans les années Demande de protection en contradiction avec l effet d amortissement du débordement (ralentissement dynamique). Caderousse, déc.2003 le Domeynon, août 2005, doc.a.nicolazzi exemple 1 : l Arc en aval d Aix-en-Provence. La protection de l agglomération de Berre et de ses raffineries est assurée par un digue RG. Une ferme isolée en RD est protégée localement par une poldérisation (avec garantie de secours au moment de l isolement). exemple 2 : Le village de Caderousse est situé dans la zone inondable du Rhône. Il est protégé par une enceinte. exemple 3 : Protections légères. Ici de fortune mises en place par les riverains en RD (la digue a ensuite rompu en RG).

6 études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 11 Philippe Belleudy études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 12 Philippe Belleudy entretien du lit actions sur le lit de la rivière : l entretien entretien du lit souvent l impact à long terme d un aménagement curage? entretien du champ d inondation : quel aménagement? entretien des ouvrages : pouvoir réagir en cas de crue exemple 1: Isère : déficit sédimentaire exhaussement du niveau en crue célérité de propagation des crues? risque d embâcles 1 1 crue étiage 2 2 crue étiage 3 3 étiage crue l Isère (aval Albertville) - doc. JM Sanchez/ISAIR Rhin et Isère : d où vient la différence? Rhin supérieur, doc. Martin Jaeggi Isère à Ste.Hélène, doc G.Girel Pontcharra, 16/07/2000 Pour finir ces actions physiques sur le lit, il ne faut pas oublier les l entretien et la préservation des propriétés d écoulement dans le lit et dans les zones secondaires d écoulement. En introduction, on compare deux lits de rivières torrentielles de piémont sévèrement «corsetés» par un système de digues rapprochés. Systèmes très similaires à l origine: Développement de bancs alternés entre les digues. Nécessité de drainage et aménagement de fossés de drainage des ruisseaux et de la pluie (les «chantournes»). Dans le lit du Rhin, le transport solide de fond (charriage) est important. La rivière entretient d elle-même son lit entre digues. Cet entretien naturel a été perturbé sur l Isère. L Isère a subi de lourdes extractions de matériaux. Le lit d étiage s est incisé. La rivière en hautes eaux transporte moins de matériaux. Les bancs sont donc moins souvent recouverts au moment des petites crues et à ce moment là, le brassage des matériaux est moins intense. La végétation a eu l occasion de s installer. Elle a ensuite «peigné» les matériaux en suspension. Les bancs se sont alors exhaussés et figés. On constate un exhaussement de la relation niveau-débit (de près d un mètre en 20 ans). Des crues moyennes (Q10) atteignent le sommet des digues par endroit. Concentration des écoulements de crue dans une section d écoulement réduite vitesses d écoulement accrues et dégradation des digues. La végétation boisée qui s est développée sur les anciens bancs résiste aux crues moyennes mais l attaque des bancs figés pour des crues plus fortes risque de provoquer en chaîne une déstabilistaion massive de ces bancs et la formation d embâcles de bois à l aval. nécessité d un programme régulier et coûteux de nettoyage de cette végétation. Différentes techniques

7 études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 13 Philippe Belleudy entretien du lit exemple 2 : la Loire : déficit sédimentaire niveaux en crue fragilisation des ouvrages de protection disparition de milieux pionniers (faune, flore) la Loire à Givry-Fourchambault (doc. DIREN Centre) études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 14 Philippe Belleudy Atlas SDAGE RMC entretien du lit exemple 3 : le Drac, la Durance déficit sédimentaire et modification du régime exhaussement en crue risque d embâcles diversité biologique? le Drac à St Georges de Commiers (juillet 2000) On estime le prélèvement de matériaux entre 1945 et 1985 à l équivalent de 400 ans de charge solide naturel. Incision du lit principal. L entretien naturel par le transport solide des chenaux secondaires n est plus efficace. L entretien traditionnel des îles n est plus assuré (déprise). évolution vers un lit unique, en particulier dans les zone aménagées pour la navigation. Conséquences : hausse du niveau en crue, concentration des écoulements et fragilisation des ouvrages, moindre richesse environnementale et paysagère Après la construction du canal de la Durance (hydroélectricité), le nombre de jours de transport solide est passé de 111 jours/an à 6 jours/an. Drac : 1. cascade de barrages en amont arrêt de la charge sédimentaire et régulation du débit. 2. en aval : extractions massives conséquences : incision du lit. Transformation d un lit divaguant en un lit unique + forêt alluviale. Risque : que se passe-t-il pour une crue exceptionnelle? Programme régulier (4 ans) de dégagement d un chenal de crue.

8 études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 15 Philippe Belleudy traitement structurel du risque : impacts morphologiques études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 16 Philippe Belleudy traitement structurel du risque : curage du lit échelles de temps caractéristiques des évolutions morphologiques naturelles - d origine anthropique des événements hydrologiques exemple : gestion d un atterrissement banc «anormalement développé» apport exceptionnel ou respiration naturelle réversible risque d amplification ou de fixation atterrissement au confluent d'un torrent (vue en plan) temps caractéristique (années) extraction, hydroélectricité, aménagement crue (eau) crue (apport solide) curage respiration saisonnière géologique climatique retour à l'équilibre morphologique après une crue perturbations anthropiques des actions qui règlent le court-terme en contradiction parfois avec le but recherché relation amont-aval souvent négligée rupture de continuité profil en long dépôt régressif érosion de la berge opposée torrent affluent atterrissement conséquences surcôte débordement risque d amplification et de fixation traitement curage régulier déficit sédimentaire érosion... diagnostic / bilan sédimentaire activation remodelage 1. urgence et rapidité de l'onde de crue perception aiguë forte mobilisation décisions et réglementation en conséquence règle du zéro impact relation amont-aval relativement nouvelle 2. faible perception du phénomène sédimentaire un obstacle pour la propagation de la crue végétation atterrissements (réduction de la section) torrents, rivières torrentielles, plaine perception locale exemple : érosion de berge

9 études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 17 Philippe Belleudy traitement structurel du risque : entretien (et sauvegarde) du champ d inondation études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 18 Philippe Belleudy entretien des ouvrages quel aménagement? ouvrages «zéro impact» occupation neutre (vulnérabilité accrue) hôtel du département (et PC crise!) en zone inondable photo: Pauline Daniel in autotoute A89, viaduc des Barrails, doc.j.mossot, rester opérationnel exemple : Moselle La règle du «zéro impact» entraîne des surcoûts aux aménagements A comparer avec l aménagement «libre» des années passées. exemple 1 : Autoroute A89 : construction sur pilotis en place d un remblais dans le champ d inondation à la confluence Isle-Dordogne exemple 2 : urbanisation de la plaine du Var

10 études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 19 Philippe Belleudy traitement structurel du risque : actions sur la crue la formation de la crue augmenter l infiltration, ralentir le ruissellement (contre-) exemple : les crues de la Vilaine en Bretagne ont pour origine la modification des pratiques agricoles inconvénients : contraintes climatiques et usages, connaissance remembrement, haies, forêts, urbanisation retenues écrêtement à l amont des zones à protéger usages combinés inconvénients : site?, impacts écologique, social,.., conflits d usage volume, gestion du stockage? exemples : Yang-Tse, le Veurdre (Allier), Villerest (Loire), Ste.Cécile d Andorge (Gardon d Alès) études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 20 Philippe Belleudy actions sur la crue retenues : exemple Ste.Cécile d Andorge (Gardon d Alès)

11 études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 21 Philippe Belleudy actions sur la crue études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 22 Philippe Belleudy actions sur la crue débordement contrôlé écrêtement à l amont des zone à protéger propagation nulle ou lente assainissement après la crue? inconvénients : site? impacts écologique, social,.., conflits d usage volume utilisable (présent, futur)? débordement contrôlé écrêtement à l amont des zone à protéger propagation nulle ou lente assainissement après la crue? inconvénients : site? impacts écologique, social,.., conflits d usage volume utilisable (présent, futur)? exemple 1 : Isère

12 études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 23 Philippe Belleudy actions sur la crue études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 24 Philippe Belleudy actions sur la crue débordement contrôlé exemple : seuils de décharge dans les digues de la Loire potentiel limité : optimiser! seuils fusibles vannages levées transversales, casiers de sur-stockage freiner la propagation en cas de débordement, augmenter la capacité naturelle de stockage exemple 1 : Huisne exemple 2 : Sidi-Bel-Abbès (Algérie) débit Q 20 Q 10 doc. CG 72 / BCEOM digue lit majeur, avec digues (routes surélevées) Q 5 temps amont aval débordement précoce aval débordement retardé Seuil fusible sur la Loire en aval de Dompierre lit mineur (fond) Profil en long du lit majeur (champ d inondation) L aménagement d une zone de décharge de la crue dans une rivière endiguée permet d écrêter la pointe de crue. A l aval on peut dire indifféremment: La crue de temps de retour T a un débit moindre (donc un aléa moindre); Le temps de retour associé à l aléa correspondant au débit de point initial est maintenant plus grand. La stratégie consiste à choisir de manière optimale le débit de débordement: (a) un déversement calé trop bas écrête même les petites crues (aléa faible), mais on risque de remplir les zones de stockage prématurément (b) un déversement calé trop haut n écrête que les très grosses crues : on n utilise pas les propriétés de la décharge pour les crues moyennes. Si la largeur du seuil est trop faible, le débit déchargé est insuffisant. Le seuil fusible permet de décharger rapidement en abaissant la cote de débordement quand l écrêtement doit être effectué.

13 études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 25 Philippe Belleudy Exemple : le Rhône en Camargue : un risque connu études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 26 Philippe Belleudy scénario catastrophe : crue de décembre brèche Arles 3/12, 23h 3. 3/12, 10h, brèche Fourques m 3 /s 2. 3/12, 8h, brèche Claire Farine m 3 /s 1. 3/12 brèche Vidourle un projet d aménagement défini en 2001 : décharge contrôlée en RD en amont d Arles Arles SPOT 4 Cnes Distribution Spot Image réagissez!

14 études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 27 Philippe Belleudy études spécifiques d impact et de risques / traitement structurel du risque 28 Philippe Belleudy quartier des Chenevières, Domène, 29 août doc. AD photo aérienne mercredi 3 décembre, 10 heures la brêche au Mas de Petit Argence coût de la protection augmente comme l'aléa dont elle protège "à risque zéro, coût infini" coût de la non protection dommages et indemnisations mutualisation sentiment d insécurité bénéfices de l'occupation des zones d'aléa fort la vulnérabilité croît en zones protégées la protection appelle la demande de protection payer pour un aléa : qui prend la décision? photo: Pauline Daniel in Coût de la protection «Malgré la probabilité de recevoir une météorite sur le crâne, je me promène sans casque lourd.» «Faut-il dépenser l argent de l université en protection contre les cambrioleurs?» «Quelle digue permet de protéger Paris des inondations?» «Je paie pour l entretien de ma chaudière et je n y pense plus!» Coût de la non-protection: «Mon assurance pour le ski coûte en dix ans l équivalent d un sauvetage» «Je sais que je peux compter sur les autres en cas de besoin»