LE COUZON à Rive-de-Gier

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1 DIRECTION DEPARTEMENTALE DES TERRITOIRES DE LA LOIRE (42) SERVICE AMENAGEMENT ET PLANIFICATION Cellule Risques 2 ET UDE DES ECOULEME NTS DEBORDANT SUR LES COUVERTURES ORIGINAL EAU & ENVIRONNEMENT ECHIROLLES 6 rue de Lorraine ECHIROLLES Tel. : Fax : DATE : JUILLET 2012 REF : R1 ARTELIA, L union de Coteba et Sogreah

2 SOMMAIRE Liste des plans et figures b Synthèse et Conclusions I I. OBJET DE L ETUDE I II. III. DEROULEMENT DES OPERATIONS I RESULTATS II 1. SITE DE L ANCIENNE USINE DURALEX IMPACT DE LA SUPPRESSION DES DEUX PONTS Modélisation Hydrologie Résultats TOPOGRAPHIE DU SITE Implantation des bâtiments Description 4 2. MODELISATION DES ECOULEMENTS RAPPEL SUR LA MODELISATION EXISTANTE MODELISATION DES ECOULEMENTS DEBORDANTS Contraintes de la modélisation L outil de modélisation LE MODELE CONSTITUE Topologie du modèle Sections de contrôle Conditions aux limites ECOULEMENT DE LA CRUE DE REFERENCE Conditions aux limites Débits débordants Conditions d écoulement en aval COUZON EN AMONT DE LA VOIE FERREE EN AVAL DE LA VOIE FERREE CARTOGRAPHIE CARTOGRAPHIE DES HAUTEURS CARTOGRAPHIE DES VITESSES CARTOGRAPHIE DES ALEAS 16 / R1 / JUILLET 2012 A

3 LISTE DES PLANS ET FIGURES Plan n 1 Plan n 2 Plan n 3 Plan n 4 Plan n 5 Figure 1 Figure 2 Figure 3 Plan de situation générale. Cartographie des résultats en crue centennale. Cartographie des hauteurs d eau en crue centennale. Cartographie des vitesses d écoulement en crue centennale. Cartographie des aléas en crue centennale. Profil en long de la rue Vallée de Couzon Profil en long des rues Dorian et Antoine Marrel Profil en long de la route de Longes / R1 / JUILLET 2012 B

4 Synthèse et Conclusions I. OBJET DE L ETUDE Le Couzon est un affluent rive droite du Gier en aval de Rive de Gier. Il a fait l objet d études hydrologiques et hydrauliques en à l occasion des études générales pour le compte de la DDT 42. D autres études complémentaires ont eu lieu à la suite de ces études générales. Il est couvert dans sa partie aval et les études passées ont montré que des écoulements avaient lieu sur sa couverture. La DDT 42, souhaitant que la connaissance des écoulements débordant soit affinée et que les résultats des études complémentaires soient intégrés en vue de la définition des aléas sur le secteur, a commandé à Artélia les présentes études. Ces études complémentaires intègrent : l étude du ruissellement du centre ville de Rive de Gier à partir du giratoire juste avant la sortie de la couverture du Gier ; l'étude du site Duralex suite à la précision de la topographie du terrain naturel et à la suppression des deux ouvrages (passerelle de la verrerie et pont Barrot) l'étude de ruissellement du site Couzon. Le présent rapport concerne ces trois points. II. DEROULEMENT DES OPERATIONS A l aide de la topographie nouvellement levée, une modélisation des rues a été réalisée à l aide du logiciel CARIMA. Cette modélisation maillée a permis d établir, d une part, la valeur des débits débordants du Couzon sur sa couverture ainsi que du Gier par la rue Antoine Marrel et, d autre part, leur écoulement au travers du réseau constitué par la voirie. Une cartographie a ensuite été réalisée relativement : aux hauteurs d eau caractéristiques, aux vitesses caractéristiques aux aléas résultant du croisement des hauteurs d eau et des vitesses / R1 / JUILLET 2012 I

5 III. RESULTATS Les débits débordants pour la crue centennale sont les suivants : Couzon : 14,3 m 3 /s sur les terrains de l usine désaffectée (sur les 73 m 3 /s du Couzon) Gier : 2,4 m 3 /s s écoulent depuis la rue Dorian vers la rue Antoine Marrel Ces débits retournent au Gier par la voirie existante, par le passage sous la voie ferrée et, pour finir, par surverse sur la voie ferrée le long de la route de Longes. / R1 / JUILLET 2012 II

6 1. SITE DE L ANCIENNE USINE DURALEX Une étude hydraulique a été réalisée en 2011 pour le compte du mandataire judiciaire chargé de la vente de l ex usine Duralex (rapport SOGREAH/ARTELIA n R1 de septembre 2011). Cette étude avait pour objet : de déterminer l impact de la suppression des deux ponts (pont de la Verrerie et pont Barrot dans l axe de la rue Joseph Hémain ; de cartographier les zones inondables dans l enceinte de l usine grâce à des levers topographiques effectués spécifiquement pour cette tâche. Nous reprenons ci-après une partie du rapport R IMPACT DE LA SUPPRESSION DES DEUX PONTS Modélisation Un modèle HEC-RAS a été réalisé dans le cadre des études conduites en vue de l élaboration des cartes réglementaires du PPRI du Gier (rapport SOGREAH R2). Ce modèle a été modifié de façon à représenter la suppression des deux ponts (situation actuelle) Hydrologie Les débits caractéristiques au droit du site sont les suivants : CRUE Débit (m3/s) Q Nov Déc En cet endroit, la crue du Gier de novembre 2008 avait une période de retour moyenne de 39 ans et celle de décembre 2003, de 36 ans. Plus en aval, du fait des apports du Bourbouillon et du Bozançon, les périodes de retour de ces crues changent : novembre 2008 = 35 ans et décembre 2003 = 45 ans Résultats Les résultats sont présentés sous la forme d un tableau et d un profil en long. On constate que la suppression du pont Barrot permet de gagner une vingtaine de centimètres. Celle du pont de la verrerie, nettement plus obstruant, conduit à un abaissement de 90 cm environ, (intégrant le gain précédent). Ce gain n est plus que de 80 cm en sortie de couverture amont. / R1 / JUILLET

7 Pont de la Verrerie Pont Barrot Pont voie ferrée Bâtiment Pont rue des Aciéries DIRECTION DEPARTEMENTALE DES TERRITOIRES DE LA LOIRE (42)- SERVICE AMENAGEMENT ET PLANIFICATION NIVEAU PROFIL EN LONG DU GIER APRES SUPPRESSION DES DEUX PONTS NIVEAUX DE REFERENCE ABSCISSE (m) Charge en crue centennale Nom du point Référence Actuel Ecart (m) Sortie de la couverture de Rive de Gier Amont ancien pont de la Verrerie Amont pont Barrot Amont voie ferrée Amont bâtiment couvrant Amont seuil Amont pont des Aciéries / R1 / JUILLET

8 Points de calcul et résultats (bleu = avec les ponts - rouge = sans les ponts) 1.2. TOPOGRAPHIE DU SITE Implantation des bâtiments / R1 / JUILLET

9 Description Un levé topographique du site a été effectué durant le mois de septembre 2011 par le cabinet «Cap géomètre expert» de Rive-de-Gier. Ce levé est constitué d un semis de 686 points cotés. Il a été accompagné de la prise d un grand nombre de photographies ce qui a permis d avoir une bonne représentation de l intérieur des bâtiments. La topographie des terrains et bâtiments de l usine s analyse comme suit (cf figure suivante) : La dalle du hangar n 1, situé en rive droite du Gier, est calée entre les altitudes 230,60 et 230,70 m IGN69. Sur cette photo, on distingue la trace de la crue de novembre 2008 (trait rouge). / R1 / JUILLET

10 Le hangar n 2 est sensiblement calé au même niveau (cotes comprises entre 230,59 et 230,72 m IGN69). La voirie située en rive gauche, entre le Gier et le bâtiment n 4 est calée entre les niveaux 230,40 et 230,50 m IGN69. Le bâtiment n 3 à l extrême amont rive gauche du Gier est calé entre 231,62 et 231,69 IGN69 soit environ 1,20 m au-dessus de la voirie. Une rampe et un quai de chargement sont implantés à son entrée. Le bâtiment n 4 est calé sensiblement aux mêmes niveaux ((231,65 IGN69 en moyenne). Un quai de chargement longe la voirie. / R1 / JUILLET

11 La rue Joseph Hémain monte depuis le niveau 229,60 IGN69 au niveau du Gier jusqu à 230,40 IGN69 au niveau de l entrée de l usine (accueil), redescend à 230,15 IGN69 au droit des quais de chargement fermés de rideaux métalliques puis remonte à nouveau à la cote 230,50 IGN69 vers l avenue Maréchal Juin. La voirie intérieure aval relie la rue Hémain à l extrêmité aval du site. Elle est relativement horizontale (cotes 230,40 à 230,50 IGN69) sur approximativement 260 m et se termine par une chute brutale de 4,50 m environ Photo 1 : vers l amont (portail vert au fond) Photo 2 : vers l aval (au fond ancien silo) Photo 3 : en aval de l ancien silo Caisses et blocs bordant la chute aval. / R1 / JUILLET

12 Le bâtiment n 5 (accueil) est calé à la cote 231,10 IGN69 soit environ 70 cm au-dessus de la voirie Le bâtiment n 6, constitué de l ancien magasin C et du local de conditionnement est calé entre les niveaux 230,47 et 230,60 IGN69 soit sensiblement au niveau de la voirie intérieure. Entre les bâtiments 5 et 6, un espace assure une communication avec le Gier, un mur d environ 1 m de hauteur le séparant du Gier (cote de pied de mur = 230,40 IGN69). Le bâtiment n 7 est constitué des anciens magasins A et B. Il est calé à une cote comprise entre 231,10 et 231,15 IGN69 soit environ 60 cm au-dessus de la voirie. Des rampes assurent la liaison voirie-intérieure du bâtiment. Le bâtiment n 8 est constitué des ateliers d emballage des fours 2 et 3. Il est calé sensiblement au niveau de la voirie (230,30 à 230,40 IGN69). Il en est de même pour la bâtiment n 9, correspondant à l ancien four 1, calé entre 230,20 et 230,50 IGN69). Le bâtiment n 10 (anciens fours 2 et 3) est calé à un niveau compris entre 230,15 et 230,20 IGN69 soit environ 15 cm sous le niveau de la voirie intérieure. Le dernier bâtiment en aval du site, le n 11 est constitué des anciens ateliers. Il est calé entre les niveaux 230,70 et 230,80 IGN69 soit environ 30 à 40cm au-dessus du bâtiment amont (n 9) et de la voirie. Son sous-sol est calé au niveau des terrains aval c'est-à-dire environ 4 à 5 m sous les bâtiments et la voirie intérieure. / R1 / JUILLET

13 2. MODELISATION DES ECOULEMENTS 2.1. RAPPEL SUR LA MODELISATION EXISTANTE Le modèle HEC-RAS du Couzon construit et exploité pour l étude de représente les écoulements de surface du Couzon ouvert et les écoulements sous la couverture. Le modèle CARIMA construit en pour l analyse des écoulements sur la couverture du Gier s arrête à la sortie de la couverture du Gier et ne modélise pas les éventuels écoulements par la rue Antoine Marrel MODELISATION DES ECOULEMENTS DEBORDANTS Contraintes de la modélisation Le réseau d écoulement des eaux débordantes du Gier et du Couzon est maillé. Ce réseau maillé comporte des branches qui peuvent ne pas donner lieu à écoulement dans certaines conditions et, même, ne pas être inondées. Cela pose le problème de fond sec. Par ailleurs, les écoulements peuvent se rapprocher du régime critique ce qui pose problème avec certains outils L outil de modélisation Compte tenu de ces différentes contraintes, nous avons opté pour utiliser le logiciel CARIMA (Calculs de Rivières Maillées) comme pour l étude des débordements du Gier à Rive de Gier. CARIMA est un logiciel développé par SOGREAH et permet la modélisation d un réseau d écoulement à surface libre maillé et la simulation des écoulements en régime permanent ou transitoire graduellement varié. Il permet de distinguer deux types de chenal d écoulement : Les chenaux toujours en eau tels les lits des rivières. Les chenaux en eau occasionnellement tels que les lits majeurs ou zones inondables. Pour se faire, le logiciel dispose de deux types de points de calcul : les points dits «1D» auxquels sont associés des sections d écoulement (profils en travers) ; les points dits «2D» auxquels sont associés des volumes de stockage («casiers») Des liaisons sont définies entre les points et définissent la loi hydraulique à considérer : frottement, déversement sur seuil, passage au travers d un orifice etc. / R1 / JUILLET

14 2.3. LE MODELE CONSTITUE Topologie du modèle Sur le Couzon, la modélisation débute en aval immédiat de la sortie de couverture située à 150 m en amont de la couverture étudiée présentement. Sur le Gier, nous avons repris la partie aval du modèle existant (rapport Artelia R1 de février 2012) et nous l avons prolongée pour représenter la rue Antoine Marrel ainsi que les échanges avec le Couzon et le Gier par les voiries transversales. Le lit du Gier est représenté en tant que condition de niveau en trois endroits : en sortie de couverture du Gier, à la confluence avec le Couzon au droit de l ancien pont Barrot, rue Joseph Hémain Pour construire le modèle et représenter les différentes voiries, nous avons utilisé l ensemble des points cotés disponibles à partir des fichiers Autocad fournis par les différents topographes ayant opéré sur le secteur, pour la réalisation des précédentes études hydrauliques ainsi que les plans fournis par la DDT 42 (« _exterieur_lambertIIetendu.dwg, _interieur_lambertIIetendu.dwg et topo_site_couzon_gier.dwg»). Nous avons ainsi constitué un modèle numérique de terrain (MNT) que nous avons complété par endroits de façon à bien représenter les ruptures de terrain. Le plan n 1 en annexe définit les limites du modèle et présente les points de calcul au nombre de Sections de contrôle L analyse détaillée du terrain et des plans cotés a permis de montrer que les débordements du Couzon s effectuent directement en lit majeur en amont de la passerelle (point POAM). Les sections dites «de contrôle» où les écoulements ne dépendent que de la géométrie de la section permettent de déterminer de façon relativement précise le débit déversant. Elles se situent en particulier : au droit du rond-point carrefour des rues Vallée de Couzon et Longes, sur le parking de l entreprise de transport routier au déversement dans le passage sous la voie ferrée, sur la rampe descendant vers le passage sous la voie ferrée Conditions aux limites Les conditions aux limites sont les suivantes : A l amont, les débits introduits dans le Couzon et dans les rues de Rive de Gier. Aux points de retour dans le Gier, le niveau du Gier correspondant à la crue simulée. / R1 / JUILLET

15 Nous avons considéré deux situations hydrologiques : 1. Crues centennales du Gier et du Couzon (bien que la pointe de crue du Couzon arrive avant celle du Gier du fait de la différence de taille des bassins versants respectifs. 2. Crue décennale du Gier et crue centennale du Couzon 2.4. ECOULEMENT DE LA CRUE DE REFERENCE Conditions aux limites Les conditions aux limites sont les suivantes : CONDITION LIMITE Q100 Gier Q10 Gier Débit Couzon (Qamo) 73 m3/s 73 m3/s Débit rue du Faubourg Delay (ML01) 1.3 m3/s 0 Débit cours du 8 mai 1945 (MA14) 4.82 m3/s 0 Débit avenue Mal Juin (MJ05) m3/s 0 Niveau sortie couverture du Gier Niveau Gier confluence Couzon Niveau Gier rue Joseph Hémain Débits débordants Le débit débordant en lit majeur du Couzon en amont de la passerelle est de 14,3 m 3 /s. Le débit s écoulant depuis la rue Dorian vers la rue Antoine Marrel est de 2,4 m 3 /s Conditions d écoulement en aval Les niveaux et débits résultants font l objet du plan n 2 en annexe. Les profils en long des axes principaux sont sur les figures 1 à 3 en annexe. Il apparaît que les écoulements débordants du Couzon pour sa crue centennale sont indépendants de ceux du Gier en amont de la voie ferrée. En aval de la voie ferrée, nous avons considéré l association des deux crues centenales. Les écoulements s effectuent comme suit : COUZON EN AMONT DE LA VOIE FERREE Les écoulements provenant du lit majeur du Couzon s enfilent dans l espace situé entre le versant et le bâtiment de l usine. Cet espace se resserre progressivement pour ne plus présenter qu une largeur de 3 m à l angle du bâtiment. La vitesse dans cet étranglement est de 3,6 m/s (en considérant que le talus n est pas érodé, agrandissant de ce fait la section). / R1 / JUILLET

16 L énergie associée à ce jet est entièrement dissipée du fait qu il débouche perpendiculairement au mur du second bâtiment et que les écoulements s infléchissent de 90.. Etranglement vu depuis l aval Les eaux s écoulent ensuite vers la rue en passant sous le portail (supposé fermé) ainsi que sur le muret longeant la rue. Muret sur lequel les déversements ont lieu Les écoulements s effectuent ensuite intégralement dans la rue. / R1 / JUILLET

17 Au droit du portail de l usine située à 60 m en contrebas de l usine désaffectée, des écoulements peuvent se faire sous ce portail (espace de quelques centimètres). Ils n ont pas été modélisés mais nous en avons tenu compte pour la cartographie. Les écoulements se séparent en deux au rond-point carrefour avec la rue de Longes : 9,2 m 3 /s dévalent vers la passage inférieur sous la voie ferrée 5,1 m 3 /s s écoulent vers la droite empruntant la rue de Longes / R1 / JUILLET

18 Ces 5,1 m 3 /s franchissent la voie ferrée de deux façons : par le passage inférieur (correspondant à l ancien ouvrage de franchissement du Couzon) qui est alimenté depuis le parking de la société de transport routier (photo de gauche cidessous) et par la rampe située plus à l aval (photo de droite) ; par surverse sur la voie ferrée à l intersection du plan de la voie ferrée (qui descend vers l Est) avec celui de la route (qui remonte - cf figure 3 en annexe). Ce point se situe environ 250 m du rond-point. La répartition calculée est incertaine car il est difficile de la déterminer précisément par ce type de modélisation. Le devenir des eaux déversant sur la voie ferrée est également incertain : compte tenu de la hauteur du ballast et de la pente de la voie ferrée, une partie de l eau s écoulera dans l axe de la voie, côté droit dans le sens de la pente. Le ballast étant constitué de matériaux grossiers, l eau s infiltrera au travers et pourra déverser vers la rue Antoine Marrel (ou rue du Gier). / R1 / JUILLET

19 EN AVAL DE LA VOIE FERREE Si, simultanément à la pointe du Couzon, le débit du Gier est centennal, aux 9,2 m 3 /s passant par le passage inférieur s ajoutent les 2,4 m 3 /s provenant de la rue Dorian ce qui fait 11,6 m 3 /s se dirigeant vers le lit du Couzon. Il s y ajoutent 5,4 m 3 /s provenant directement du Gier via le lit du Couzon et les 4 m 3 /s du Couzon via l ancien ouvrage sous voie ferrée. Ces 21 m 3 /s, gonflés du m 3 /s de la surverse sur la voie ferrée, ce sont donc approximativement 22 m 3 /s qui retournent au Gier par la rue Joseph Hémain. Si la pointe de crue du Couzon n est pas synchrone avec celle du Gier, des 13,1 m 3 /s qui passent sous la voie ferrée, seuls 4,5 m 3 /s retournent au Gier via le lit du Couzon. Le reste (8,6 m 3 /s) s ajoutent au m 3 /s déversant sur la voie ferrée et retournent au Gier par la rue Joseph Hémain. / R1 / JUILLET

20 3. CARTOGRAPHIE 3.1. CARTOGRAPHIE DES HAUTEURS Les zones inondables ont été déterminées à partir des niveaux calculés. Nous avons défini des lignes équipotentielles et des lignes de courant permettant de modeler la surface libre en eau. Par différence avec le MNT, nous avons déduit la zone inondable décomposée selon différentes classes de hauteur d eau. Trois classes de hauteurs d eau sont considérées : Cette cartographie fait l objet du plan n 3 en annexe. La table MapInfo correspondante est intitulée «Couzon_ZI». Il faut remarquer qu il demeure beaucoup d incertitude au niveau de certaines zones bâties dans la mesure où nous ne connaissons pas les niveaux de plancher ainsi que toutes les ouvertures permettant l introduction de l eau à l intérieur. Le MNT résulte d une interpolation entre les cotes disponibles. Il en est de même pour la surface libre en eau entre deux «tubes de courant». Il y a donc nécessairement des lacunes et des erreurs sur ces zones bâties. Nous avons indiqué cette incertitude par des points d interrogation, le cas échéant. En revanche, les hauteurs d eau sont vraisemblables sur les voiries CARTOGRAPHIE DES VITESSES Elle est réalisée en distinguant trois classes : Elle fait l objet du plan n 4 en annexe. Les tables MapInfo correspondantes sont intitulées « _Vitesses_Q100_refe» et «Couzon_Vitesses». / R1 / JUILLET

21 3.3. CARTOGRAPHIE DES ALEAS Ils sont obtenus par croisement des hauteurs et vitesses selon la grille suivante : Vitesse (m/s) La table MapInfo correspondante est intitulée : «Couzon_Aleas» La cartographie fait l objet du plan n 5 en annexe. ooo / R1 / JUILLET