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Le 22 Septembre 2014

Méthodes et informations techniques générales

Attention, les paragraphes qui suivent expliquent l'organisation du contenu de cette partie. Ce contenu comprend des éléments de réflexion pour les acteurs de l'aménagement, ce ne sont pas des recommandations. En particulier, certaines dispositions réglementaires peuvent avoir évolué depuis la rédaction de ce texte.

Le contenu est organisé suivant une succession de trois étapes qui traduisent le niveau d'avancement de la démarche d'aménagement :

  1. L'identification des éléments de contexte,
  2. La définition des lignes directrices,
  3. La mise en œuvre et le suivi.

Identification des éléments de contexte

L'identification des éléments de contexte constitue la première étape de réflexion face à un problème ou en amont d'une démarche d'aménagement. Elle vise à regrouper les informations nécessaires autour d'un projet d'aménagement ou dans l’étude d’une situation existante (les problèmes à résoudre et les problèmes à prévoir, les contextes physique et socio-économique, les solutions envisageables, etc.).

Le besoin à l’origine de l’aménagement

On peut distinguer trois formes principales de besoins :

  • Action curative en réponse à un problème observé,
  • Exigences réglementaires, notamment en matière de prévention des risques ou réduction d'impacts,
  • Action concertée ou démarche globale, sur un bassin versant ou un territoire donné.

Action curative

La décision d'aménager un bassin peut faire suite à l'apparition ou à la répétition d'un problème dont les causes sont naturelles :

  • inondation de zones habitées ou de terres agricoles,
  • érosion (voir l'exemple des ravines de l'Andelle),
  • eaux turbides,
  • pollutions.

Un point important est que l'on dispose dans cette situation d'un territoire concerné et des causes clairement identifiées, ce qui n'est pas le cas dans les deux situations suivantes.

Sous réserve d'avoir identifié les causes naturelles, comme par exemple un ou plusieurs événements climatiques (en cas d'inondations par exemple), ou des motifs saisonniers (premières pluies d'automne par exemple dans certains cas de pollution) les intervenants peuvent veiller à :

  • rechercher des interventions antérieures éventuelles en relation avec le problème (modifications de cours d'eau ou de point de passage intermittent des écoulements, rejets, élévation d'obstacles à l'écoulement, exposition sans contrôle à des risques connus, défaut d'entretien d'ouvrages...),
  • rechercher les objectifs pour diminuer au maximum les effets néfastes (une annulation totale des effets est souvent impossible, d'éventuelles contreparties constituant de nouvelles nuisances peuvent être nécessaires), en examinant toutes les possibilités d'occurrence (période de retour lorsqu'elle est définie, parfois en privilégiant le bon sens à défaut de probabilité d'apparition normalisée)
  • choisir un aménagement adapté en le concevant hors période de crise,
  • choisir un ou des emplacements en fonction des objectifs, pas nécessairement au voisinage des zones sinistrées,
  • s'assurer de la validité réglementaire de l'aménagement.

La conception et la mise en place font appel à l'expérience, au conseil, ou à la maîtrise d'œuvre de prestataires techniques, en général des bureaux d'études spécialisés, elles peuvent se situer peut dans le cadre d'actions pilotes en collaboration avec des organismes techniques comme les Chambres d'Agriculture, des organismes spécialisés comme l'AREAS en Haute-Normandie, des Syndicats d'eau, ou des organismes de recherche comme l'INRA, le BRGM,...

Exigences réglementaires

La décision d'aménager un bassin peut correspondre à des exigences réglementaires, souvent préventives :

  • Directive Cadre sur l'Eau (DCE),
  • Schémas d'Aménagement et de Gestion des Eaux (SDAGE, SAGE),
  • textes sur les activités portant atteinte à l'environnement et soumises à déclaration ou autorisation,
  • textes sur la protection des captages pour l'alimentation en eau potable,
  • textes de portée locale sur l'environnement (Arrêtés de biotope...),
  • schémas de prévention des risques naturels.

L'aménagement n'est en général pas dicté par le texte réglementaire mais est induit par ses objectifs, parfois définis pour le long terme. Une première étape est donc de traduire si nécessaire les objectifs du texte en objectifs spécifiques pour l'aménagement. Cela est vrai, et souvent difficile, en particulier si des normes sont à respecter ou des catégories d'événements climatiques de référence (traduits par une période de retour lorsque cela est possible) doivent être gérés par l'aménagement.

Il se pose alors des problèmes de nature socio-économiques, non abordés par le cadre réglementaire, et auquel l'aménageur ou l'acteur opérationnel sera confronté.

Action concertée ou démarche globale

La décision d'aménager un bassin versant ou un territoire donné peut constituer une importante et volontaire modification des écoulements liée à...

  • la prise en charge d'un problème généralisé sur un territoire sensible (bassin versant produisant du ruissellement intense, ressource en eau souterraine alimentée par un karst la rendant très vulnérable, ...)
  • une infrastructure nouvelle, telle qu'une route de grande importance ou une voie ferrée (voir le descriptif simplifié de la traversée de la vallée de la Véore).

Les acteurs concernés sont alors des collectivités ou des entreprises de grande envergure, qui prendront en considération le plus largement possible les enjeux attachés au territoire ou au bassin versant.

Contre d'éventuels effets néfastes de ces modifications, on doit alors prévoir des mesures compensatoires :

  • pour que les écoulements modifiés ne créent pas de dangers ou de nuisances par rapport aux écoulements d'origine,
  • pour que le milieu naturel conserve ses qualités pour la faune et la flore.

Les objectifs

Il est essentiel de définir les objectifs que l'on se donne avant de proposer un aménagement ou un ouvrage. Dans la terminologie d'OMER, on a retenu les 15 rôles suivants, qui deviendront des objectifs une fois définis et si possible quantifiés les niveaux de modification attendus.

Evidemment, un même ouvrage (et a fortiori un même aménagement) peut viser plusieurs objectifs à la fois.

Nature de l'objectif (rôle attribué à l'aménagement) :

Nous citons ici quelques exemples :

  • Protection contre les inondations,
  • Laminage de crues,
  • Protection contre l'érosion des sols.

L'ensemble des rôles peut être consulté dans la rubrique définitions (cliquer ici pour accéder à la liste complète). Le respect de la signification de ces rôles est importante, car ce sont eux qui justifient et guide la démarche de conception.

Niveau de modification attendu

On doit associer à ces objectifs un niveau de modification, en fonction de l'intensité des événements ou des phénomènes concernés, même si cela se fait  parfois en s'appuyant sur des estimations de bon sens ou sur des bases standard indépendantes du cas particulier. Ce niveau permet ensuite de positionner et dimensionner les ouvrages. Bien souvent, la quantification reste du domaine du négociable, ou est rendue difficile par des inconnues scientifiques. On privilégiera dans ce cas la mise en œuvre d'un suivi a posteriori.

Exemple : selon la nature de l'objectif, on dispose de différents indicateurs,

  • le débit maximum admissible : dans le cadre de la lutte contre les inondations par débordement de cours d'eau, on fixe un objectif de débit en aval de l'ouvrage à ne pas dépasser, pour une période de retour donnée (débit max. décennal par exemple),
  • pour les problèmes de pollution, les indicateurs d'objectifs sont en général des concentration maximales, associées à des normes en vigueur.

Les mesures et les informations disponibles

Toute démarche d'aménagement nécessite de bien connaitre la zone concernée, vis-à-vis de multiples contextes. Une recherche de renseignement insuffisamment poussée risque d'aboutir à un projet ou des propositions qui se révèleront inadaptées au moment de leur mise en œuvre ou après plusieurs années de fonctionnement.

Données hydro-climatiques

Il s'agit de :

  • la pluviométrie et les autres facteurs climatiques ;
  • le comportement hydrologique du bassin versant, s'il est identifié. C'est notamment le cas lorsque des données hydrométriques sont disponibles, car elles sont au moins associée au bassin versant amont du point de mesure. Noter que des aménagements peuvent être envisagés sans référence à un bassin versant particulier.

Il n'est bien entendu pas toujours possible de réunir l'ensemble des informations qui seraient utiles. Il existe donc des méthodes d'estimation approximative.

Ces informations, lorsqu'elles sont sous forme de données mesurées, sont associées à des probabilités d'occurrence (période de retour, fréquence) dès lors qu'il existe une période de suivi continu suffisamment longue. Cela concerne essentiellement la pluie, et les débits de cours d'eau. D'autres types de variables, comme des débits intermittents en vallon sec, sont plus rarement l'objet d'un traitement statistique.

Ces informations doivent dans tous les cas être utilisées et présentées avec précautions, car elles sont à l'origine d'une bonne part des choix qui seront faits pour l'aménagement.

Contexte physique

Les informations sur le contexte physique viennent en grande partie compléter les informations hydro-climatiques, pour les expliquer ou faire ressortir les interactions possibles entre le milieu et le comportement des écoulements :

  • l'occupation des sols ;
  • les limites des bassins versants, leur morphologie, et leurs exutoires ;
  • les chemins d'écoulement naturels, et les secteurs d'infiltration ;
  • les aménagements hydro-agricoles existants (réseaux de fossés, drainage, ouvrages hydrauliques...) ;
  • les secteurs touchés par les inondations et l'érosion ;
  • la nature pédologique des terrains rencontrés ;
  • les points de captage ;...

Les sources d'informations sont :

  • l'analyse des cartes et des photos aériennes ;
  • des enquêtes auprès des communes, des agriculteurs et des riverains ;
  • des visites de terrain.

Contexte socio-économique

Il faut clairement identifier les acteurs concernés : maître d'ouvrage comme un syndicat intercommunal, une commune isolée, une association de propriétaires, maître d'œuvre, acteurs associées à la réalisation et à un fonctionnement durable de l'aménagement.

Le bénéfice socio-économique attendu peut être évalué, en tenant compte des coûts et de la répartition de la charge, tant pour l'investissement initial que le fonctionnement ultérieur.

Evolutions prévisibles

Les évolutions prévisibles touchent à tout ce qui est susceptible de modifier le contexte de l'aménagement, et qui doit donc être pris en compte dès l'étude. Il s'agira par exemple d'une urbanisation probable, d'une modification de l'usage agricole des sols, etc.

Les solutions possibles

Les ouvrages les plus courants en France sont ici présentés sous forme de fiches de synthèses classées en 4 grandes catégories auxquelles nous ajoutons les pratiques culturales.

  1. les ouvrages régulateurs de débit dans le réseau hydrographique, à savoir : les réseaux de fossés judicieusement dimensionnés, les rétrécissement des émissaires ou freins à l'écoulement (ponts, dalots, buses, coudes, voir un exemple en fossé d'assainissement agricole), les fossés/chenaux enherbés et les seuils hydrauliques;
  2. les ouvrages régulateurs d'écoulements de surface hors réseau hydrographique, comme les diguettes en plein champs, les bandes enherbées, les haies et bandes boisées, les talus, sillons et merlons ;
  3. les dispositifs d'infiltration, c'est-à-dire les ouvrages ou surfaces dont l'effet repose sur une circulation souterraine des eaux influençant le fonctionnement de la nappe (bassins d'infiltration - réseaux de fossés - surfaces d'épandage) : drainage contrôlé, conservation, création ou valorisation des zones humides ;
  4. les ouvrages de stockage ponctuel comprenant les retenues et bassins de rétention ;
  5. les pratiques culturales susceptibles d'agir sur les écoulements en les ralentissant et en les orientant.

On présente par ailleurs des solutions possibles par un type de dispositif courant en réponse à un objectif fréquemment visé : par exemple les zones tampons en vue de limiter la contamination des eaux par les pesticides.

Définition des lignes directrices

Cette deuxième étape du processus d'aménagement, qui fait suite à l'identification des éléments de contexte, est difficile à mettre en œuvre. Si elle est souvent occultée ou franchie implicitement, elle permet pourtant de bien exprimer la transition de l'aménagement à l'ouvrage. Il s'agit d'y justifier la stratégie d'aménagement : établir les priorités, et la façon de les organiser afin de répondre au mieux aux objectifs. C'est notamment l'organisation spatiale de l'aménagement qui est conçue ici, et les choix faits visent à limiter au maximum les désordres ou dégâts pouvant être subis, souvent parmi plusieurs scénarios possibles.

Principe(s) régisseur(s) de l’aménagement

Face aux besoins identifiés et aux moyens disponibles, il faut faire des choix et les proportionner,  tout comme les investissements qui vont en découler en fonction des enjeux. Différentes approches sont possibles (éventuellement de manière complémentaire) :

Principe de précaution ou démarche de prévention systématique

Face à un problème prévisible, on ne fait pas de prévision précise sur le niveau atteint par ce problème après l'aménagement (soit parce que l'on manque de données objectives, soit parce que des facteurs autres que scientifiques rentrent en compte dans la prise de décision). On décide alors d'agir dans le sens de la sécurité en excluant des actions sur le terrain toutes celles susceptibles de contribuer à ce problème (abandon total ou partiel, choix de solutions alternatives, prévention systématique).

Prévention orientée vers les risques

Cette approche consiste à affecter à des zones géographiques susceptibles d'être exposées à une nuisance ou des dégâts (inondation, pollution...) un aléa hydrologique (hauteur et fréquence de l'inondation...) et un niveau de vulnérabilité (un site industriel chimique aura une vulnérabilité supérieure à une zone habitée, qui aura elle même une vulnérabilité supérieure à celle d'une prairie...). Le risque résulte du croisement de l'aléa et de la vulnérabilité. La zone de définition du risque se trouve en aval d'un ensemble de zones ou d'activités génératrices de nuisance, qui peuvent être nombreuses (bassin concerné  en grande partie) mais également éloignées.

Réduction des impacts

A l'opposé du risque, qui porte sur les zones exposées à un problème, on s'intéresse aux zones de départ du problème en question. Une fois le problème apparu localement (ruissellement par exemple), celui-ci peut se déplacer avec plus ou moins de facilité vers l'aval. On peut agir pour empêcher ce déplacement (par exemple par des digues en plein champs) et limiter l'étendue ou le nombre des zones susceptibles d'être touchées (parcelles pouvant être ravinées immédiatement à l'aval, habitations pouvant recevoir des dépôts de terre...).

Étendue et densité des actions

L'organisation spatiale de l'aménagement est définie ici.

L'étendue des actions est stratégique et dépend de la taille du territoire qui doit s'impliquer dans la lutte contre les effets indésirables des nuisances (pollution ou crue) : elle se traduit par une intervention globale ou ponctuelle sur le bassin ou une de ses parties sensibles.

La densité des actions est liée aux moyens mis en œuvre (nombre et variété des ouvrages) pour aboutir à l'aménagement souhaité : elle se traduit par un grand nombre de petits ouvrages répartis stratégiquement ou par un plus faible nombre d'ouvrages imposants.

On présente l'exemple d'une atténuation des crues par une démarche de ralentissement dynamique, qui repose justement sur l'importance de la répartition des ouvrages. Vous pouvez voir une description de ces ouvrages et de la démarche, reprise dans différents exemples : aménagements de ralentissement dynamique diffus sur le bassin versant de l’Austreberthe, ralentissement dynamique dans le ru de Fosse Rognon. Pour plus de détails consulter le guide du ralentissement dynamique publié par le ministère de l'écologie et du développement durable.

Portée et efficacité de l’aménagement

L'efficacité de l'aménagement dépend de sa capacité à modifier un(des) paramètre(s) hydrologique(s) dans des conditions données (événement courant ou extrême) afin de limiter au maximum la gravité d'une nuisance (pollution ou crue).

La portée est la limite géographique au-delà de laquelle l'efficacité peut être considérée comme inexistante.

Mise en oeuvre et suivi

Cette dernière phase est celle de l'élaboration du projet, avec tous les calculs nécessaires (dimensionnement, coûts...), de la mise en œuvre des travaux (échéancier, précautions ...), et du suivi après réalisation.

Calcul du ou des débits de projet

La définition d'une situation hydrologique de référence est nécessaire pour dimensionner un ouvrage (voir ci-dessous). Cette situation est associée aux objectifs visés et elle doit être évaluée avec soin. Elle prend en général la forme d'une pluie ou d'un débit de projet.

Les documents permettant d'obtenir ces éléments sont nombreux. On notera qu'il existe toutefois des méthodes qui reposent sur le régime hydrologique lui même et non sur des événements isolés.

On attachera également beaucoup d'attention à la signification des variables utilisées (ne pas utiliser sans précautions des débits de référence établis pour un cours d'eau, en tant que débits de ruissellement par exemple), et à la pertinence des critères de rareté retenus.

Dimensionnement

Dimensionner un ouvrage consiste à déterminer quelques paramètres géométriques clés, dépendant du type d'ouvrage, afin que son fonctionnement soit le plus proche possible des objectifs définis. Ce dimensionnement dépend d'une localisation préalable. Cette localisation doit en priorité découler des réflexions intermédiaires menées précédemment mais le dimensionnement peut amener à revoir le ou les emplacements.

On confère à un ouvrage une capacité d'effet excessive si l'on exagère ses dimensions par rapport aux écoulements qu'il doit prendre en charge, pour un objectif fixé (stocker, canaliser, traiter,...), en allant ainsi au delà de la stricte démarche de dimensionnement. On alourdit alors inutilement la facture, et cela peut même créer d'autres nuisances : un fossé sur-dimensionné ne ralentit pas suffisamment les écoulements pour certaines crues rares susceptibles d'occasionner des inondations.

A l'inverse, réduire exagérément la capacité d'effet d'un ouvrage fait prendre le risque que celui-ci rencontre rapidement des conditions de dysfonctionnement, et crée des désordres supplémentaires (surverse par la crête d'une digue traversée par un orifice trop petit, par exemple).

Document descriptif du projet

Afin de bien expliquer l'impact global d'un aménagement et l'imbrication des effets de tous les ouvrages, il est nécessaire d'en faire une description d'ensemble. Cette description comprend des documents cartographiques et des inventaires récapitulatifs de tous les ouvrages :

  • il est utile que chaque ouvrage fasse l'objet d'une fiche technique synthétique dans laquelle on rappelle ses objectifs, son emplacement, ses dimensions et la méthode de dimensionnement utilisée ;
  • des cartes permettent de représenter précisément les limites du bassin versant et des sous bassin versants concernés, les lignes d'écoulement mais aussi les zones de rétention naturelle ou potentielles, les zones problématiques (érosion, inondation, pollution...), et les sites pressentis pour être équipés. Lorsque l'occupation du sol a une importance dans le problème considéré, on en dressera également une carte ;
  • les inventaires des ouvrages programmés doivent décrire chacun d'eux : son emplacement, ses dimensions (ainsi que son emprise, son volume maximal,..), son coût estimé, une prévision de son fonctionnement hydraulique et le plus grand nombre possible de scénarios de dysfonctionnement.

Tous ces éléments seront à porter dans le dossier du projet, pour servir d'information, d'outil de négociation (avec les collectivités, les agriculteurs, les bailleurs de fonds...), et enfin, pour apprécier la cohérence d'ensemble de l'aménagement.

Suivi et évaluation

Le suivi a posteriori vise à collecter des informations, d'une part sur le fonctionnement individuel des ouvrages, d'autre part sur le fonctionnement global de l'aménagement. Ce suivi permet notamment dans certains cas d'affiner les connaissances scientifiques -hydro(géo)logie du bassin, hydraulique des ouvrages...- de manière à tirer des conclusions si possible reproductibles dans d'autres circonstances.

Suivi scientifique

Le Cemagref, comme d'autres organismes techniques ou scientifiques, assure un suivi précis de certains aménagements et bassins versants, ce qui permet de les présenter ici comme exemples détaillés. Ces recherches doivent permettre de proposer des outils simples et robustes d'évaluation du fonctionnement des différents types d'ouvrages, ainsi que des méthodes de dimensionnement. Lorsque les moyens le permettent, c'est une évaluation globale de l'aménagement (qui nécessite des dispositifs conséquents et souvent coûteux) qui apportent des méthodes nouvelles ou améliorées.

Observation de la robustesse

Tout ouvrage doit être suivi, pour s'assurer qu'il fonctionne bien : problème de comblement des retenues, de bouchage des conduites, etc. Il faut aussi s'assurer que l'effet de l'ouvrage ne crée pas des nuisances directement en aval.

Adéquation et efficacité

Indépendamment du bon fonctionnement de l'ouvrage, il faut s'interroger a posteriori sur le choix des types d'ouvrages, sur leur dimensionnement, et sur la pertinence globale de l'aménagement. Les informations doivent pouvoir être partagées pour que les expériences profitent aux prochaines réalisations.

Cemagref - HBAN, L'auteur du document. Cite/attribute Resource. omer. (2010, April 19). Méthodes et informations techniques générales. Retrieved September 22, 2014, from OMER - Ouvrages de Maîtrise des Ecoulements en Milieu Rural Web site: http://omer.cemagref.fr/methodes/canevas. All Rights Reserved.
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Sélection de pages

Fossé à redents, vue depuis l’aval

Exemple d'aménagement de lutte contre les inondations par ruissellement (Commune de Prunay-sur-Essonne).

Zone tampon rivulaire : bande enherbée de largeur fixe

"Des zones tampons en vue de limiter la contamination des eaux par les pesticides" (Accessible dans la rubrique "Méthodes et informations techniques générales > Etape 1 : identification des éléments du contexte > Les solutions possibles)

(Photo Cemagref - J.J. Gril)

 

Schéma du fonctionnement hydraulique du chemin de 30 ans

Exemple d'aménagement retenant les crues dans le lit majeur du Sausseron (Val d'Oise).

Formulaires

 

Estimation sommaire de volumes contenus par débordement en amont d'un obstacle dans un cours d'eau.

Schéma de prairie filtrante

Estimation du débit de fuite d'un réseau de drainage sous une prairie filtrante inondée.

 

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