Soutenance mémoire
PHASE 2 : CONNAISSANCE DU RESEAU ET DES OUVRAGES, ENQUETES DE TERRAIN
L’objet de cette partie consiste à présenter les travaux réalisés au cours du stage s’inscrivant dans le cadre de la réalisation de la phase 2 du SDAP du conseil de territoire Marseille Provence dont les objectifs sont les suivants :
actualiser l’inventaire complet des réseaux et ouvrages composant les systèmes d’assainissement eaux pluviales du territoire, construire une base de données commune à l’échelle du conseil de territoire Marseille Provence.
établir un pré-diagnostic du fonctionnement des réseaux, recenser les dysfonctionnements actuels connus, au travers des enquêtes de terrain.
disposer de données topographiques en vue des travaux de modélisation.
La rédaction suivra une logique de séparation des différentes tâches effectuées, bien que celles-ci aient été dans la pratique réalisées simultanément, en fonction de leur degré de priorité.
Par ailleurs, chaque partie comportera en premier lieu une présentation globale des travaux réalisés, suivie en second lieu d’un focus sur la commune de Marignane, sur laquelle le stage s’est concentré lors de la réalisation des phases suivantes.
Préparation et organisation des données topographiques
Une attente fondamentale du maître d’ouvrage vis-à-vis de cette étape de travail consistait à disposer d’une connaissance exhaustive des réseaux et ouvrages EP relevant désormais de sa responsabilité en termes de gestion et d’entretien. L’acquisition de cette connaissance devant se formaliser par la création d’une base de données (BD réseau) homogène référençant les différents réseaux et ouvrages EP du territoire. Pour des raisons pratiques d’exploitation, le maître d’ouvrage a souhaité que cette base de données soit construite au format SIG. La construction de la BD réseau a donc constitué la finalité de cette étape de travail et s’est déroulée en plusieurs temps.
Tout d’abord, une pré-analyse des données topographiques fournies par la DEAP relatives aux réseaux EP des 18 communes a été effectuée dans le but de déterminer les traitements à réaliser en vue de leur intégration à la BD réseau. Ces traitements ont été de 3 différents types (Cf. §I.3.2.A), en fonction des données d’entrée disponibles.
Par ailleurs, certaines communes, notamment Châteauneuf les Martigues, ont fait l’objet d’opérations de construction (essentiellement de lotissements) récentes ou encore en cours ayant pour conséquence la création de nouveaux réseaux EP. Des démarches ont donc été entreprises auprès des différents aménageurs afin de récupérer les différents plans de récolement disponibles concernant les réseaux EP. Lorsque ces plans ont pu être obtenus, les informations qu’ils contenaient ont été intégrées aux plans des réseaux existants afin de les compléter avant leur intégration dans la BD réseau. Dans le cas contraire, les enquêtes de terrain réalisées sur la commune ont également permis de relever certaines parties de réseaux EP non représentées sur les plans existants.
Les données communales ont par la suite été traitées comme indiqué ci-dessus, certaines ayant également nécessité certaines opérations complémentaires de correction topologique, liées à la transformation de leur format numérique (conversion Autocad vers SIG notamment). Elles ont ensuite été intégrées à la BD réseau, définie comme suit.
6 tables au format SIG (shape) :
Avaloir : avaloirs du réseau pluvial,
Pt_Acces : regards et points d’accès au réseau pluvial enterré ou aérien,
Bassin : bassin de rétention et / ou de traitement de la pollution,
Troncon : tracé du réseau aérien et enterré,
Troncon_sec : tracé du réseau enterré secondaire, liaisons entre les avaloirs et le réseau principal,
St_Pompage : station de pompage du réseau pluvial.
La ville de Marseille disposant d’une base de données SIG des différents réseaux existants régulièrement mise à jour par le délégataire SERAMM, il a été convenu avec le maître d’ouvrage de reprendre en partie le format de cette base de données appelée FTA (fichier technique de l’assainissement). Le format des différentes tables ainsi créées est présenté dans le Tableau 3. Les altitudes sont renseignées en mètres NGF, les valeurs de cotes et de dimensions en mm, les longueurs en m, les surfaces en m² et les débits en m³/s.
Réalisation des enquêtes terrain
Démarche générale
Les enquêtes terrain constituent une étape indispensable lors de la réalisation d’un SDAP, celles-ci permettant d’une part d’appréhender physiquement le fonctionnement des différents réseaux et d’autre part d’identifier les principaux points sensibles pouvant présenter un risque pour les biens et les personnes. A ce titre, ces enquêtes ont représenté une part importante du travail réalisé en phase 2 et ont eu pour finalités de :
compléter et valider la connaissance des systèmes d’assainissement pluvial acquise suite aux travaux de préparation et d’organisation des données topographiques dans le but de mettre à jour les plans et de compléter la BD réseau.
de prendre connaissance et d’identifier éventuellement in situ des dysfonctionnements des réseaux, les sectoriser et les quantifier.
d’appréhender de façon plus précise l’étude dans sa globalité (occupation des sols, densité d’habitat, topographie, zones d’infiltration, …) afin de détenir tous les critères nécessaires à, d’une part proposer au maître d’ouvrage des interventions prioritaires à réaliser (entretien, réparations) et d’autre part définir les contraintes en vue de l’établissement du zonage pluvial (phase ultérieure du SDAP).
Le programme des reconnaissances a ainsi été établi en fonction des données collectées en phase 1 (anciens SDAP communaux, plans des réseaux, études hydrauliques spécifiques locales, entretiens avec les personnels communaux) ainsi que du travail de phase 2 préalablement réalisé sur les données topographiques.
Comme mentionné dans le CCTP (Cf. §I.3.2), des fiches terrain ont été produites suite à ces enquêtes, recensant 3 catégories de points particuliers : ouvrages, dysfonctionnements et exutoires. Ces fiches ont été regroupées par commune et organisées par grand bassin versant (Cf. Tableau 6).
Les fiches terrains réalisées ont été construites sur le modèle présenté en annexe 4. A la demande du maître d’ouvrage, celles-ci comportent d’une part un descriptif détaillé de l’élément présenté mais également un « niveau de risque » permettant de hiérarchiser les différentes fiches entre elles. Ce dernier vise à orienter le maître d’ouvrage vers des actions à réaliser en priorité afin de corriger ou de prévenir certains dysfonctionnements des réseaux pouvant présenter un risque pour les biens et les personnes. L’annexe 7 propose un exemple de chaque type de fiche.
L’ensemble des éléments rapportés dans les différentes fiches ont ensuite été intégrés dans une base de données au format SIG composée de 3 tables : ouvrages (OH), dysfonctionnements (DY) et exutoires (EX). L’intérêt d’une telle base de données réside dans le fait de fournir un support visuel permettant de localiser les différents éléments identifiés ainsi que de définir des zones prioritaires d’intervention (contenant une forte densité de dysfonctionnements). Le Tableau 7 suivant présente une synthèse des différentes fiches classées par type réalisées pour chaque commune.
La seule lecture de ces résultats ne peut donc suffire à déterminer précisément les secteurs d’intervention prioritaires, elle doit être complétée par une connaissance globale du terrain et des enjeux locaux.
La commune de Marignane représente également un secteur prioritaire avec un ratio de 0.7 dysfonctionnement par kilomètre de réseau, le plus élevé derrière Le Rove. Cependant, contrairement à cette dernière commune, le territoire de Marignane est fortement urbanisé (la commune abrite la deuxième population de la zone d’étude après Marseille) et comporte un certain nombre d’enjeux : zones industrielles, aéroport international Marseille Provence. Cette commune peut donc être raisonnablement considérée comme un secteur d’intervention prioritaire sur lequel des interventions doivent être réalisées dans le but de rétablir le bon fonctionnement du réseau pluvial.
Focus sur la commune de Marignane
La commune de Marignane est bordée au Nord par l’étang de Bolmon et traversée par 2 cours d’eau : la Cadière et le Raumartin. Topographiquement la commune présente un profil relativement plat comportant 2 axes d’écoulements principaux : Sud / Nord et Est / Ouest. Par ailleurs, Marignane se situe à la confluence des bassins versants drainant les communes de Saint-Victoret et de GignacLa-Nerthe, collectant de ce fait des volumes conséquents d’eaux pluviales de provenance extérieure à la commune. Le réseau pluvial est composé, de 28 km de canalisations enterrées (88 % du linéaire total) et de 4 km de fossés aériens (12 % du linéaire total).
Suite aux enquêtes terrain, 63 fiches présentant l’ensemble des ouvrages hydrauliques, singularités, dysfonctionnements et exutoires reconnus sur la commune ont été réalisées, réparties comme suit :
– 4 fiches OH ouvrages / singularités
– 22 fiches DY dysfonctionnements
– 37 fiches EX exutoires
L’ensemble de ces éléments sont localisés sur la Figure 11.
Ouvrages hydrauliques / singularités
Le Tableau 8 ci-dessous synthétise les résultats relatifs aux ouvrages hydrauliques / singularités recensés lors des campagnes de terrain.
PHASE 3 : ANALYSE HYDROLOGIQUE
La présente partie s’attache à décrire les travaux réalisés dans le cadre de la phase 3 du SDAP, concernant principalement le volet hydrologique de l’étude. Ce dernier regroupe notamment les points suivants :
analyse statistique des données pluviométriques issues des postes gérés par le SERAMM en vue d’une comparaison avec les données Météo France (stations de Marignane, Marseille et Cassis),
choix d’un jeu de pluies de référence utilisé par la suite pour le calcul des différents débits hydrologiques en chaque nœud du réseau (Cf. §IV),
détermination et caractérisation des bassins versants du territoire.
Le premier point mentionné ci-dessus n’ayant pas fait partie des tâches réalisées durant le stage, seront uniquement présentés dans cette partie les principaux résultats issus de ces travaux, en raison de leur exploitation pour la réalisation de la suite de l’étude. Les points suivants seront quant à eux développés plus en détails dans les paragraphes suivants.
Analyse pluviométrique globale
Comme mentionné dans le CCTP (Cf. I.3.3), l’objectif de ce travail a consisté à comparer les données issues du réseau de pluviomètres installé sur la ville de Marseille (géré par le SERAMM) à celles issues des stations Météo France locales. La finalité recherchée étant de déterminer le choix le plus pertinent des stations à exploiter pour le choix des pluies de référence, il a notamment été recherché si une variabilité spatiale significative existait entre les différentes stations SERAMM.
Dans un premier temps, les durées de retour de précipitations ont été récupérées aux 3 stations Météo France pour les pas de temps suivants : 30mn, 1h, 3h, 6h et 12h. Les hauteurs de pluies correspondant aux périodes de retour 1 an et 2 ans ont également été récupérées pour les mêmes pas de temps. A partir de ces données, des courbes IDF ont ensuite été tracées, comme présenté sur la Figure 15.
Dans un second temps, le réseau des 26 pluviomètres gérés par le SERAMM a été analysé afin de sélectionner les postes retenus pour l’analyse comparative sur base des critères suivants : disposer d’au moins 10 années d’enregistrement et n’utiliser que les années complètes afin de ne pas sur représenter une saison particulière par rapport à d’autres plus ou moins pluvieuses. Suite à cette analyse, 22 postes ont finalement été retenus pour lesquels ont été extraits les cumuls pluviométriques maximums aux pas de temps 30mn, 1h, 3h, 6h et 12h. Différents ajustements statistiques ont ensuite été réalisés (Cf. I.3.3) sur ces données, à partir des cumuls maximums annuels (loi de Gumbel et Loi GEV) ou des cumuls maximums par évènements pluvieux (méthode du renouvellement). En raison de son adéquation aux objectifs recherchés ainsi qu’aux données d’entrée disponibles, les résultats des ajustements par la méthode du renouvellement ont été retenus pour la comparaison aux données Météo France. La Figure 16 présente un exemple des comparaisons effectuées entre les différentes données.
Analyse pluviométrique appliquée à la commune de Marignane
Comme mentionné dans le paragraphe §III.2 précédent, le choix des stations pluviométriques devant servir de référence dans la construction du jeu de pluies de référence n’a pas été arrêté après concertation avec le maître d’ouvrage au moment de la rédaction de ce mémoire. Or, la réalisation des phases 4 et 5 suivantes de modélisation réalisées sur la commune de Marignane durant le stage ont nécessité de disposer d’un jeu de pluies de projet de différentes périodes de retour. Afin de construire ces pluies, une station de référence a dû être sélectionnée.
En raison des conclusions mentionnées au paragraphe §III.2 précédent d’une part, et pour des raisons de proximité géographiques d’autre part, il a été convenu en interne de se baser sur les données de la station Météo France située sur l’aéroport Marseille Provence, localisée sur la commune de Marignane (Nord-Est).
Choix et caractérisation des pluies de calage
Dans tout travail impliquant l’utilisation d’un modèle numérique, une étape de calage de ce dernier constitue un préalable indispensable à l’obtention de résultats fiables et exploitables. Dans le cas d’une modélisation de réseau d’assainissement, le calage du modèle se fait en simulant une pluie réelle, pour laquelle les débits correspondants transités par le réseau sont connus à certains points. L’objectif consistant à ajuster différentes variables de contrôle du modèle afin que celui-ci produise des valeurs de débits similaires aux mêmes points du réseau que ceux mesurés in situ pour une même pluie observée. Dans le cas présent, ne disposant pas de mesures de débits dans le réseau suite à une pluie réelle observée, le calage du modèle a été réalisé qualitativement (Cf. §I.3.3.C). Ceci a consisté à recueillir des informations au moyen de différentes sources sur des évènements pluvieux ayant engendré des débordements localisés du réseau, de se procurer les cumuls correspondants et de les injecter dans le modèle afin de reproduire la réponse du réseau observée.
Par ailleurs, la caractérisation de ces évènements en termes de période de retour permet de rendre compte de la capacité globale de transit du réseau ainsi que de vérifier de la pertinence des pluies de projet réalisées par la suite.
L’ancien SDAP réalisé sur la commune de Marignane en 2009 par la société SOGREAH fait état de désordres importants survenus sur la commune suite à 2 évènements pluvieux précis datés respectivement du 18 Septembre 2009 et des 21-22 Octobre 2009. Pour ces 2 évènements, des débordements du réseau ont été constatés par les riverains et les services municipaux en certains endroits précis du réseau. Il a donc été choisi de retenir ces 2 évènements pour réaliser le calage qualitatif du modèle numérique.
Les cumuls correspondant, enregistrés à la station de Marignane aéroport au pas de temps de 6mn ont donc été récupérés auprès de Météo France dans le but de reconstruire la chronique de pluie complète.
Dans un second temps, afin de caractériser ces évènements, des cumuls au pas de temps 30mn, 1h et 3h ont été calculés (l’annexe 8 en fournit une représentation graphique).
La délimitation des bassins versants topographiques s’est basée d’une part sur les études précédentes réalisées sur le territoire et d’autre part sur l’analyse des données topographiques transmises par le maître d’ouvrage. Les axes préférentiels d’écoulement considérés ont été les branches de réseaux en milieu urbain, et les thalwegs en milieu rural ou périurbain dépourvu de réseau. Lors de la construction du modèle hydraulique, les bassins versants sont reliés au réseau de manière ponctuelle : l’ensemble du débit est injecté en un point unique, ce qui ne traduit pas un fonctionnement réel. Afin de limiter ce défaut de représentativité, les bassins versants urbains ont été découpés finement (quelques hectares au maximum) dans le but de répartir au mieux les injections d’eau dans le réseau. Dans un second temps, les caractéristiques géométriques mentionnées précédemment ont été déterminées pour l’ensemble des bassins topographiques délimités. Les valeurs de surfaces et de pentes moyennes ont été extraites à partir du SIG (outils de géométrie vectorielle), les longueurs hydrauliques ont été estimées au moyen de la formule empirique présentée au paragraphe §I.3.3.B (Équation 3). Le modèle retenu étant celui à coefficient de ruissellement constant, seuls les coefficients d’imperméabilisation ont été déterminés, comme indiqué au paragraphe §I.3.3.C.
L’ensemble de ces données ont été intégrées dans une base de données au format SIG, conformément aux attentes du maître d’ouvrage mentionnées dans le CCTP. Un exemple de carte représentant les bassins versants d’une partie du territoire ainsi que les coefficients d’imperméabilisation correspondants est disponible en annexe 10.
PHASES 4 ET 5 : MODELISATION HYDROLOGIQUE ET HYDRAULIQUE DU RESEAU DE MARIGNANE
Comme mentionné au paragraphe §I.3.4, les phases 4 et 5 telles que décrites dans le CCTP ont été fusionnées en une phase de travail unique de modélisation informatique, le logiciel utilisé permettant de coupler le modèle hydrologique et le modèle hydraulique. La présente partie s’attache donc à exposer les différentes étapes réalisées, depuis la construction du modèle jusqu’à la production de résultats quantitatifs.
Données d’entrée
Le modèle du réseau pluvial de Marignane a été construit à partir des données issues de la base de données réseaux (BD réseau) créée en phase II. Cette base de données présentant toutefois certaines lacunes, notamment de valeurs de cotes radier des canalisations nécessaires aux calculs hydrauliques, la première étape a consisté à réaliser une analyse des données disponibles. La Figure 19 ci-dessous illustre cette analyse.
A la lecture de cette carte, il apparaît en premier lieu que les cotes radier des conduites ne sont pas renseignées sur l’ensemble du réseau. Toutefois, cette lacune a en partie pu être comblée à partir des valeurs disponibles de cotes radier des regards localisés sur différentes conduites. Par ailleurs, dans certains secteurs, des branches de réseaux ont été tracées sur le plan mais les regards correspondants n’ont quant à eux pas été localisés (Cf. Figure 19). Afin de pouvoir prendre en compte ces branches dans le modèle, une nouvelle campagne de terrain d’une journée a dû être réalisée dans le but de relever la position et la profondeur des regards manquants. La cote sol (ou cote TN) de ces derniers a été déterminée sur SIG à partir du MNT, et leur cote radier a été déduite par soustraction : cote TN – profondeur.
Cette démarche d’analyse des données disponibles a été appliquée par anticipation sur l’ensemble du territoire afin de déterminer si certains secteurs ne comportaient pas suffisamment d’informations pour la construction des modèles informatiques et pour lesquels des campagnes de levers topographiques seront nécessaires. Les communes de Gignac la Nerthe et de Sausset les Pins ont notamment été mises en évidence par cette démarche, des réflexions étant actuellement en cours concernant la récupération des données manquantes. L’annexe 11 présente le rendu de cette analyse sur une partie du territoire d’étude.
Diagnostic capacitaire
Comme indiqué précédemment, les travaux de modélisation se sont ensuite concentrés sur l’établissement du diagnostic capacitaire du réseau à partir de la simulation du jeu de pluies de référence construites en phase 3. Dans ce contexte, les pluies de projet correspondantes à des périodes de retour respectives de 5 ans, 10 ans, 20 ans et 50 ans ont été modélisées, les vues en plan du réseau correspondantes sont disponibles en annexe 12.
Par ailleurs, dans le cadre du stage, une anticipation de la phase 9 du SDAP visant à proposer et à chiffrer des aménagements correctifs a été réalisée. Conformément aux indications du CCTP, les aménagements correctifs proposés devront permettre le transit d’une pluie d’occurrence décennale sans constater de débordements sur le réseau.
Les paragraphes suivants présenteront donc des résultats correspondant à la modélisation de la pluie de projet décennale, au travers de focus sur différents secteurs pour lesquels une analyse du fonctionnement local du réseau sera présentée. Seront également présentés les aménagements correctifs retenus ainsi qu’un chiffrage global de ces derniers. Le choix des différents secteurs présentés ci-après correspond d’une part à ceux pour lesquels les désordres provoqués par des débordements du réseau sont les plus problématiques au regard des enjeux présents et d’autre part ou ces désordres interviennent le plus régulièrement.
Quartier de la Ponsarde
Ce secteur a été retenu en raison du signalement de débordements fréquents du réseau engendrant des inondations dans les habitations à proximité. La configuration topographique du secteur est pénalisante, les habitations étant situées en contre bas de la voirie principale sous laquelle le réseau est installé. La Figure 23 localise le secteur ainsi que les branches débordantes pour la pluie de projet décennale (en rouge).
Secteur Parc Beaulieu / Rue Marius Ruinat
Ce secteur a été identifié comme problématique dans l’ancien SDAP de 2009, des débordements ayant engendré l’inondation du lotissement du Parc Beaulieu en Septembre 2009. Par ailleurs, ce secteur se situe à proximité du centre-ville et présente de ce fait une densité importante d’habitations constituant un enjeu humain important. Ce dernier se situe également à l’aval d’une antenne du réseau drainant une partie importante du centre-ville ancien, par conséquent très sollicitée. La Figure 35 présente une localisation de ce secteur ainsi que de la branche principale de réseau présentant des débordements pour la pluie de projet décennale.
La branche de réseau principale traversant le secteur est un ouvrage ancien composé de tronçons rectangulaires de dimensions variables. A l’origine, ce réseau était un canal d’arrosage qui a été artificialisé puis recouvert lors de l’extension progressive de la commune. Les pentes des différents tronçons ainsi que leur recouvrement sont donc très faibles, il sera par conséquent problématique de proposer des sections plus importantes. Le profil en long de cette branche suite à la simulation de la pluie décennale est proposé en Figure 36.
Les valeurs ainsi calculée ont été testées dans le modèle, et ont dû être pour la plupart majorées afin de pouvoir faire transiter la pluie décennale sans débordements ni mises en charge. Or, la configuration du secteur ne permet pas d’envisager la pose de canalisations de diamètres supérieur à 1000mm en raison de la profondeur de pose disponible, limitée par la contrainte du niveau 0 NGF à l’exutoire. Le secteur concerné se trouvant en zone urbaine dense, des solutions alternatives au redimensionnement semblent toutefois compromises. Il serait donc nécessaire d’envisager la pose de doubles canalisations, mais les sections nécessaires resteraient importantes. Une alternative n’ayant pas été explorée ici pourrait consister à déconnecter une partie du réseau amont de cette branche afin de limiter le débit entrant, mais ceci nécessiterait de disposer d’un nouvel exutoire pour ces eaux excédentaires.
Chiffrage des aménagements proposés
Un chiffrage des aménagements proposés pour les secteurs de la Ponsarde et du collège a été réalisé sur la base d’un cahier des prix généraux proposé par un constructeur. Les prix globaux mentionnés incluent la fourniture des canalisations (béton), les travaux de démolition de voirie, de fouilles, de dépose des anciennes canalisations, de pose des nouvelles canalisations, de remblais et de réfection de chaussée. Le coût de la main d’œuvre est également compris. (Les aménagements nécessaires au secteur Parc Beaulieu n’ont pas été étudiés ici faute de pertinence).
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Table des matières
REMERCIEMENTS
RESUME
ABSTRACT
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
ABREVIATIONS
INTRODUCTION
1. Contexte général et sujet d’étude
2. Présentation de la structure d’accueil
I. METHODOLOGIE
I.1. Rappel du contexte et des enjeux
I.2. Le SDAP : définition et objectifs
I.3. Le SDAP du conseil de territoire Marseille Provence
I.3.1. Phase 1 : bibliographie, recueil des données et analyse critique
I.3.2. Phase 2 : Connaissance du réseau et des ouvrages, enquête de terrain
I.3.3. Phase 3 : Analyse hydrologique
I.3.4. Phases 4 et 5 : Découpage en tronçons homogènes et calcul de débits capables / Diagnostic pluvial
II. PHASE 2 : CONNAISSANCE DU RESEAU ET DES OUVRAGES, ENQUETES DE TERRAIN
II.1. Préparation et organisation des données topographiques
I.2. Réalisation des enquêtes terrain
II.2.1. Démarche générale
II.2.2. Focus sur la commune de Marignane
III. PHASE 3 : ANALYSE HYDROLOGIQUE
III.1. Analyse pluviométrique globale
III.2. Analyse pluviométrique appliquée à la commune de Marignane
III.2.1. Choix et caractérisation des pluies de calage
III.2.2. Construction des pluies de projet
III.3. Détermination et caractérisation des bassins versants
IV. PHASES 4 ET 5 : MODELISATION HYDROLOGIQUE ET HYDRAULIQUE DU RESEAU DE MARIGNANE
IV.1. Données d’entrée
IV.2. Calage du modèle
IV.3. Diagnostic capacitaire
IV.3.1. Quartier de la Ponsarde
IV.3.2. Secteur du collège / centre technique municipal
IV.3.3. Secteur Parc Beaulieu / Rue Marius Ruinat
IV.4. Chiffrage des aménagements proposés
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
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