Modélisation et paramétrisation hydrologique de la ville, résilience aux inondations

Le plan de gestion des inondations 

D’après le rapport des Nations Unies (UN, 2013), en 2011, 52.1% de la population mondiale vivaient en ville ou en zone urbanisée. Ce taux passe à 77.7% si l’on ne considère que les zones les plus développées. En Europe de l’Ouest, ce taux est de 79.8% et devrait monter à 87.7% d’ici à 2050. Pour la France, il est estimé qu’actuellement 85.8% de la population vit en ville et c’est 93.3% des gens qui y habiteront en 2050. Cet afflux massif d’habitants implique donc une extension des zones urbaines, ce qui passe par une intensification de l’urbanisation des zones péri urbaines via la reconversion d’anciennes zones industrielles ou l’occupation des espaces libres (champs et friches). Cette évolution se traduit donc par une augmentation importante de la portion des surfaces imperméabilisées de ces zones, ce qui crée de nouvelles problématiques de ruissellement en cas de fortes pluies. Qui plus est, le dernier rapport du GIEC (Groupe d’Experts Intergouvernemental sur l’Évolution du Climat, IPCC, 2013) indique que le changement climatique tend à augmenter la fréquence des évènements extrêmes, dont les fortes pluies orageuses, pour les zones de latitudes moyennes.

Une conséquence attendue de ces deux phénomènes est l’augmentation des volumes d’eau impliqués dans le ruissellement de surface et qui vont potentiellement grossir les flux transitant par les réseaux de drainage. La gestion de ces eaux est donc progressivement devenue une préoccupation majeure pour les gestionnaires des villes.

Les inondations aux abords des rivières et des côtes maritimes aussi bien que provoquées par les ruissellements urbains provoquent des dommages qui peuvent s’avérer désastreux tant sur le plan humain que sur le plan économique. Cependant, l’urbanisation constante dans les zones inondables est une indication claire des choix des populations concernées. Les inondations et leurs dommages restent donc un problème majeur à l’échelle mondiale. Il est de plus estimé que les effets du changement climatique pourraient aggraver la situation dans les années à venir. L’amélioration de la prévention et de la protection contre les inondations devient ainsi un enjeu de plus en plus important, tendance qui devrait se confirmer dans le futur proche.

Durant la dernière décennie, une stratégie commune de gestion des inondations s’est mise en place à travers l’Europe (Water Initiative, 2003). Cette stratégie suit une approche à l’échelle des bassins versants des rivières et considère que les points suivants doivent être impérativement pris en compte lors du développement des programmes de gestion des risques d’inondation :
– Prévention Elle passe par la prévention des dommages causés par les inondations en évitant la construction d’habitations et d’industries dans les zones inondables que ce soit dans le présent ou dans le futur, par l’adaptation des développements à venir dans ces zones, et par la mise en avant de pratiques appropriées en terme d’utilisation du sol, d’agricultures et de foresterie.
– Protection Il s’agit de mettre en place des mesures à la fois structurelles et non structurelles (ou mesures de résilience) pour réduire la probabilité et/ou l’impact des inondations pour une zone spécifique.
– Préparation Elle passe par l’information des populations vis-à-vis des risques d’inondation et de la conduite à tenir en cas de survenue de celles-ci.
– Réponse en situation d’urgence Cet aspect concerne le développement de plans d’actions en cas d’urgence lors des inondations.
– Restauration et Apprentissage Il s’agit de revenir à des conditions de fonctionnement du système le plus rapidement possible et d’atténuer les impacts socio-économiques sur les populations affectées.
– Recherche Le développement de la recherche est indispensable à une meilleure compréhension des contextes climatique, hydrologique et paysager des inondations.

Les plans de gestions des inondations ont été développés au sein de la Directive Cadre sur l’Eau (DCE, Parliament, 2000). Cette directive a été introduite en Décembre 2000 et implémentée dans de nombreux pays de l’Union Européenne. Elle vise à rétablir l’état des milieux aquatiques (tels que les rivières, les lacs, les eaux côtières et les eaux souterraines) à travers toute l’Europe et à prévenir toute détérioration future. Si la DCE n’adresse pas directement de recommandations en terme de protection contre les inondations, elle le fait en posant la nécessité d’une non détérioration future du milieu fluvial et d’un maintient d’une bonne qualité écologique et chimique de celui-ci. Ainsi, un but additionnel de la Directive porte sur la réduction des impacts des inondations bien que la mise en place de mesures de protection contre celles-ci ne soit pas spécifiquement décrite.

L’Union Européenne progresse continuellement dans son action en terme de gestion des inondations, et une Directive Inondations a été publiée en 2008 (Commission et al., 2007). L’objectif de celle-ci est de réduire et de gérer les risques d’inondation pour les populations, les propriétés et l’environnement concernés par le biais d’actions au niveau des bassins fluviaux et des zones côtières. Le terme «inondation» dans cette directive traduit d’un recouvrement temporaire par l’eau d’une surface normalement non recouverte par celle-ci, et le terme « risque d’inondation » signifie une combinaison entre la probabilité de survenue d’une inondation et les conséquences potentielles de cet évènement sur la santé publique, l’environnement, le patrimoine culturel et les activités économiques de la zone.

Où en est la résilience ?

Les débuts de la résilience aux inondations en France peuvent être datés au XVIIIe siècle. La capitale du Dauphiné, Grenoble, a été inondée deux fois par l’Isère, tout d’abord en 1733 puis en 1740. La résilience aux inondations était alors principalement basée sur la dynamique des territoires à l’échelle de la ville et de ses alentours. Entre la survie et la solidarité, l’arbitrage des acteurs sociaux était le point clef pour la résilience socio-économique du système grenoblois (Blanchard, 2008). Les mêmes dynamiques peuvent être observées dans le nord de la France sur la même période. C’est notamment le cas de la ville d’Amiens qui a été inondée de nombreuses fois au cours des XVIIe et XVIIIe siècles, principalement du fait de la fonte de l’important manteau neigeux. Les deux dernières inondation, en 1658 et en 1784, n’ont impliquées que peu d’impact sur le court des denrées alimentaires et textiles. En effet, de nombreuses mesures de préventions et d’entre-aide ont été mises en place par les communes et ont fait l’objet d’ordonnances du Magistrat de Lille (PITEL, 2011). Ces exemples montrent que la cohésion sociale et ses tensions ont supporté une adaptation rapide de la société. Cela nous donne un exemple fascinant du passage de la résilience d’un simple statut de conscience vers une construction et une intégration du risque dans les opérations sociales.

Approche du système dynamique 

De nos jours, la résilience aux inondations est devenue d’utilité internationale avec l’accroissement continuel du nombre de cas recensés sur internet. La pratique de la résilience aux inondations, incluant la mise en place de mesures structurelles, est multidisciplinaire, impliquant ainsi l’intégration de multiples aspects dans les processus de décisions. L’évaluation de l’efficacité des scénarios de résilience aux inondations simulés avec des modèles hydrologiques distribués ne peut pas être achevée, tout comme avec les autres modèles (par exemple en écologie : Carpenter et al., 2001), sans définitions opérationnelles de la résilience. Malheureusement, bien que le terme « résilience » soit devenu très à la mode, une définition correspondante en mathématiques reste plutôt difficile à atteindre. Plus précisément, les analyses de scénarios nécessitent la définition mathématique des unités de la résilience, basées quant à elles sur des définitions conceptuelles.

Table des matières

1 Introduction
1.1 Le plan de gestion des inondations
1.2 Où en est la résilience ?
1.3 Où en est la modélisation hydrologique ?
1.4 Le contexte de développement : le projet SMARTeST
2 Description de Multi-Hydro
2.1 Philosophie de développement
2.2 Les modèles choisis
2.2.1 La modélisation des processus de surface : le modèle TREX
2.2.2 La modélisation des écoulements dans la zone non saturée : le modèle VS2DT
2.2.3 La modélisation des réseaux d’assainissements : le modèle SWMM
2.2.4 La modélisation de la pluie : désagrégation stochastique et modélisation sous-maille
2.3 Couplages des modules – au cœur de Multi-Hydro
2.3.1 Couplage général
2.3.2 La prise en compte de la pluie
2.3.3 Connexion des bâtiments au réseau de drainage / assainissement
2.3.4 Modification de la topographie en fonction de l’utilisation du sol
2.3.5 Débordement des avaloirs
2.3.6 Les résultats et leurs visualisations
2.3.7 Utilisation du modèle par des personnes non-expertes
2.4 Données d’entrée et formatage
2.4.1 Les données d’entrées
2.4.2 Le formatage de ces données, la nécessité d’une automatisation
2.5 Pour résumer
3 Application du modèle
3.1 Villecresnes, Val de Marne, France
3.1.1 Description
3.1.2 Résultats
3.1.3 Conclusions
3.2 Saint-Maur-des-Fossés, Val de Marne, France
3.2.1 Description
3.2.2 Résultats préliminaires
3.2.3 Perspectives
3.3 Heywood, Royaume-Unis
3.3.1 Description
3.3.2 Résultats
3.3.3 Conclusions
3.4 D’autres applications de Multi-Hydro
3.4.1 Le bassin du Loup, Seine-Saint-Denis, France
3.4.2 Le cas d’étude de Spaanse Polder, Rotterdam, Pays-Bas
4 Conclusion

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