Soutenance mémoire
Le Furan et ses affluents ont depuis longtemps été fortement impactés par la présence de l’exploitation minière sur le bassin houiller stéphanois, et plus récemment par la pression de l’urbanisme. L’étude hydraulique réalisée préalablement au contrat de rivières en 2001, par le bureau d’études SOGREAH, a mis en évidence la nécessité de créer un barrage écrêteur de crues sur l’Onzon en amont la zone urbaine de Sorbiers et la Talaudière. Les études ultérieures, menées par le bureau d’étude SAFEGE, pour dimensionner puis construire ce barrage, ont modifié sensiblement les débits de fuite du barrage à la hausse, induisant ainsi des risques de débordements accrus sur les zones urbaines. Ce constat a conduit la collectivité à étudier précisément ces débordements de manière à les limiter par des aménagements de berge.
Présentation
La structure d’accueil
La Communauté d’Agglomération de Saint-Etienne Métropole est un Etablissement Public de Coopération Intercommunale (EPCI) situé au sud du département de la Loire en région Rhône Alpes. Elle regroupe 43 communes soit environ 386 000 personnes et son budget global pour l’année 2009 est de 319 millions d’euros (229 M€ en fonctionnement et 90 M€ en investissements). Elle est divisée en 6 directions:
• Direction générale
• Direction des synthèses financières et des services fonctionnels
• Direction de l’Aménagement du Territoire et des Déplacements
• Direction du Développement Economique
• Environnement – Cadre de Vie
• Grands Equipements d’intérêt communautaire
La direction Environnement – Cadre de Vie est la structure d’accueil de mon stage, elle assure les missions suivantes :
• Collecte, valorisation et élimination des déchets,
• Cadre de vie et développement durable,
• Contrats de rivière.
La cellule rivière est la structure porteuse des 3 contrats de rivières, situés dans le périmètre de la Communauté d’Agglomération : le Furan, l’Ondaine et le Gier.
Outils contractuels
L’étude se situe sur le bassin versant du Furan d’une superficie de 178 km². Lors de l’élaboration du projet de contrat de rivières, une étude hydraulique a été menée par le bureau d’études SOGREAH en 2001, avec pour objectif de déterminer les zones inondables. Cette étude a ciblée les points noirs hydrauliques majeurs et a mis en évidence le risque important d’inondations des zones urbaines. A partir de ce constat, plusieurs démarches ont été lancées :
➤ Un Programme d’Action pour la Prévention des Inondations (PAPI) a alors été engagé sur le bassin versant en 2005. Le montant global du programme est estimé à environ 10 millions d’euros, dont près de 4,5 millions apportés par l’Etat. Il comporte plusieurs actions :
• la prévention réglementaire, avec la mise en place d’un Plan de Prévention des Risques d’inondation,
• l’information et la sensibilisation du public,
• la gestion de crise, avec l’étude de la mise en place d’un système d’alerte aux crues,
• la remise en état de la fonction d’écrêtement des crues du complexe hydraulique du Gouffre d’Enfer (barrage écrêteur de crues sur le Furan) et son transfert de propriété à Saint-Etienne Métropole,
• la construction de barrages écrêteurs de crues sur 2 affluents du Furan (Le Furet en amont de St-Etienne et l’Onzon en amont de Sorbiers),
• la suppression de points noirs hydrauliques et la restauration des cours d’eau,
• diverses actions de réduction de la vulnérabilité (acquisition de biens particulièrement exposés aux inondations, mise en place de plans de gestion de crise dans les services publics …).
➤ Un Contrat Restauration Entretien, signé avec l’agence de l’eau Loire Bretagne, portant sur la gestion des boisements rivulaires pour une durée de 5 ans (restauration et entretien de la ripisylve).
➤ Un Contrat de rivières, signé en 2005, dont les deux principaux enjeux sont la reconquête de la qualité des cours d’eau et la gestion du risque inondation (durée : 5 ans).
Le site d’étude
Situation
L’Onzon est situé au Nord-Est du bassin versant du Furan, affluent rive droite de la Loire . L’Onzon prend sa source dans l’extrémité sud des coteaux Ouest des Monts du Lyonnais sur la commune de Saint-Christo-en-Jarez, à 788 mètres d’altitude. Il suit une direction Sud-est lors de sa traversée de la ville de Sorbiers puis bifurque plein Ouest à la Talaudière. Son exutoire est le Furan 5 km en aval, sur la commune de la Tour-en-Jarez (à 451 m d’altitude). La pente moyenne du cours d’eau est de 3% en amont de Sorbiers et s’atténue lors de la traversée de la ville : 1.5 %. L’étude porte sur le bassin versant de l’Onzon depuis l’aval du projet de barrage jusqu’à la rue du Puits Pointu dans la zone urbaine (cf. Figure 1) soit une surface de 6.5 km².
Topographie
La topographie du bassin versant est très marquée : les altitudes varient de 505 m (lit de l’Onzon à la rue du Puits Pointu), à 822 m sur le coteau Ouest. La pente moyenne des versants est égale à 20.5 %, valeur indiquant des ruissellements rapides avec un risque important d’érosion des versants.
Géologie
La carte géologique (B.R.G.M.) indique que l’amont du site d’étude est composé de roches métamorphiques (gneiss) qui affleurent dans le lit du cours d’eau (cf. annexe IV). Au lieu dit le Grand Quartier, l’Onzon rencontre une formation de grès houiller et ce jusqu’à sa confluence. Ces formations sont constituées d’assises schisto-gréseuse, conglomérats et poudingues alternés de nombreuses veines de houille, longtemps exploitées dans le bassin stéphanois. Elles correspondent d’ailleurs à une époque géologique appelée Stéphanien, d’âge carbonifère supérieur (–300 à –295 millions d’années). L’apparition d’un sillon alluvial marque la cassure entre la forme en V de la vallée en amont du barrage et la forme en U sur le site d’étude, synonyme de lit majeur plus large et d’une rupture de pente du profil longitudinal de l’Onzon. Cette rupture est visible entre les deux formations géologiques.
Climatologie
La région stéphanoise est située à l’extrême nord des régions touchées par les pluies cévenoles*. Ce phénomène provoque dans la région stéphanoise des pluies importantes (170 mm en 48 h en décembre 2003). Ces pluies sont responsables des plus fortes crues recensées sur l’Onzon. L’influence océanique peut également avoir un impact important sur le régime des crues comme cela est survenu début novembre 2008. En effet, suite à plusieurs épisodes pluvieux d’origine océanique, les sols se sont retrouvés saturés et un volume de pluie cévenole plus faible qu’en 2003 (seulement 80 mm en 12 h) avec une intensité maximale équivalente a provoqué une crue plus importante. La faible superficie de son bassin versant rend l’Onzon sensible aux orages estivaux. En effet la région stéphanoise subit des orages estivaux violents comme celui observé au mois de juillet 2009 sur le centre ville de St Etienne avec 60 mm de pluie en 45 minutes (dont un pic d’intensité relevé de 150 mm/h durant 15 min).
Cartographie de la zone inondée en novembre 2008
L’enquête de terrain a aussi permis de déterminer l’enveloppe de la zone inondée par la crue de novembre. Cette cartographie a été possible par l’observation des laisses de crue et des témoignages de riverains. La construction d’une telle carte est nécessaire pour comprendre les mouvements d’eau lors de la crue, visualiser les obstacles (murs, grillages, …) et ainsi mieux appréhender la modélisation hydraulique.
Base de données SIG
Pour les besoins de cette étude, une base de données SIG (Système d’information Géographique) a été créée. Elle a permis de positionner différents éléments sur le fond de plan cadastral et de leur attribuer différentes propriétés et liens. Cette base de données intègre les éléments suivants :
• Les laisses de crue
o Informations (attributs) sur l’altitude, le type de laisse et sa position par
rapport à l’écoulement.
o lien photo
• les profils en travers
o Informations sur l’origine du profil (créateur, date de création).
o lien photo
• des photographies de la zone inondée (orientation de la prise de vue et lien photo).
Géométrie du modèle
Les profils en travers sont l’ossature de la géométrie du modèle hydraulique. Ils représentent la réalité topographique de la zone inondable. Afin de caractériser précisément la topographie des 3 km de cours d’eau situés entre le futur barrage et la rue du Puits Pointu, Un cabinet de géomètre a relevé 27 profils en travers et positionné des repères géodésiques. Ces repères répartis sur l’ensemble de la zone d’étude m’ont permis de relever, avec l’aide des techniciens de St Etienne Métropole, 37 autres profils en travers et 8 ouvrages ainsi que les laisses de crues. La cartographie fine de la crue de novembre 2008, prenant en compte un événement passé et intégrant les obstacles, ne peut être directement mis en correspondance de celle établie par SOGREAH en 2001, cartographie réglementaire du Plan de prévention du Risque inondation. En effet cette dernière a été élaborée à l’échelle du bassin versant du Furan et n’intègre volontairement pas les murs, grillages, habitations, … Suite aux observations des différents écoulements lors de la crue 2008, confirmé par l’analyse des profils en travers, il est apparu pertinent de construire des biefs latéraux pour traduire au mieux les débordements vers le lit majeur, découplés du lit mineur .
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Table des matières
1. Introduction
2. Présentation
2.1. La structure d’accueil
2.2. Outils contractuels
2.3. Le site d’étude
2.3.1. Situation
2.3.2. Topographie
2.3.3. Géologie
2.3.4. Occupation des sols
2.3.5. Climatologie
3. Matériels et méthodes
3.1. Inventaire des laisses de crues
3.2. Cartographie de la zone inondée en novembre 2008
3.2.1. Profils 16.1 à 24.7 : Bief du Grand Quartier
3.2.2. Profils 24.9 à 28.5
3.2.3. Profils 29.5 à 34.8
3.2.4. Profils 34.8 à 39.9 : Bief Valjoly
3.2.5. Profils 39.9 à 43
3.2.6. Aval du site d’étude
3.2.7. Conclusion
3.3. Base de données SIG
3.4. Géométrie du modèle
3.5. Données hydrauliques
3.5.1. Hydrologie
3.5.2. Apport hydrologiques intermédiaires
3.5.3. Calcul du débit transitant dans chaque bief
3.6. Conditions limites
3.7. Coefficient de rugosité
3.8. Modèle hydraulique
3.8.1. Calcul du débit de pointe de la crue 2008
3.8.2. Calage de la ligne d’eau
3.9. Débordements résiduels pour la crue centennale future
3.10. Carte des risques
4. Résultats
4.1. Modélisation hydraulique de la crue 2008
4.1.1. Estimation du débit de pointe
4.1.2. Comportement hydraulique des ouvrages
4.1.3. Calcul du débit transitant dans chaque bief
4.1.4. Calage du modèle
4.1.5. Synthèse
4.2. Modélisation de la crue centennale future
4.2.1. Profils 16.1 à 24.7 : Bief du Grand Quartier
4.2.2. Profils 24.9 à 28.5
4.2.3. Profils 29.5 à 34.8
4.2.4. Profils 34.8 à 39.9 : Bief du Valjoly
4.2.5. Profils 39.9 à 43
4.2.6. Aval du site d’étude
4.2.7. Synthèse
4.3. Modélisation des seuils de débordements
4.3.1. Débordements apparaissant pour un débit inférieur à Q10 futur
4.3.2. Débordements supplémentaires apparaissant pour un débit inférieur à Q30 futur
4.3.3. Débordements supplémentaires apparaissant pour un débit inférieur à Q50 futur
4.3.4. Débordements supplémentaires apparaissant pour un débit inférieur à Q100 futur
4.4. Synthèse : création d’une carte de risques
5. Discussion
5.1. Suppression du bief de la rue du Puits Pointu
5.2. Suppression du bief Valjoly
5.2.1. Modélisation hydraulique de l’effacement du pont 36
5.2.2. Détail des travaux
5.3. Suppression de l’inondation au profil 33.7
5.4. Suppression de l’inondation entre les profils 30.9 et 33.1
6. Conclusion
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