la géomorphologie au service de la protection des biens
et des personnes
Cet article résume les différentes méthodes pouvant être employées dans
l’identification des zones inondables d’un cours d’eau à partir de données
variées et ne prenant pas en compte la modélisation hydraulique.
Préambule : Évaluation et gestion des inondations au sein de la Communauté Européenne (directive 2007/60/CE)
La présente directive vise à créer un cadre commun
permettant d'évaluer et de réduire les risques liés aux inondations sur le
territoire de l'Union européenne (UE) pour la santé humaine, l'environnement,
les biens et les activités économiques.
Les mesures de prévention et de gestion proposées sont
organisées par districts hydrographiques (zones qui peuvent regrouper plusieurs
bassins hydrographiques), tels qu'instaurés par la directive-cadre sur l'eau.
Ces mesures comprennent, en particulier, une évaluation préliminaire des
risques, l'élaboration de cartes de zones à risque, ainsi que l'élaboration de
plans de gestion des inondations.
Évaluation préliminaire
Pour le 22 décembre 2011 au plus tard, les États membres
doivent procéder à une évaluation préliminaire des risques. Celle-ci comprend
des informations relatives, à l'emplacement des bassins hydrographiques, à
l’historique des inondations, leur probabilité de retours et aux conséquences
estimées de celles-ci.
Sur la base de cette évaluation, les États membres doivent
classer les bassins hydrographiques soit comme zone à risque potentiel significatif,
soit comme zone ne présentant pas de risque significatif.
Cartes des risques d'inondation
Pour toutes les zones identifiées comme présentant un risque
d'inondation, les États membres doivent établir des cartes identifiant lesdites
zones, la probabilité (forte, moyenne ou faible) d'inondation pour chacune
d'elles, ainsi que les dommages potentiels pour les populations locales, les
biens et l'environnement.
Plans de gestion des risques d'inondation
Les États membres doivent élaborer et mettre en œuvre des
plans de gestion des risques d'inondation. Leur élaboration comprend, d'une
part, la fixation d'un niveau de protection approprié pour chaque bassin
hydrographique, sous-bassin et, d'autre part, l'établissement de mesures
permettant de respecter ces niveaux de protection.
Les mesures de gestion doivent viser la réduction de la
probabilité d'inondation et de l'ampleur des conséquences potentielles d'une
inondation. Elles doivent porter sur la prévention, la protection et la
préparation aux situations d'inondation, et elles doivent tenir compte des
aspects pertinents, tels que la gestion des eaux et des sols, l'aménagement du
territoire, l'affectation des terres et la protection de la nature. Ces mesures
ne doivent pas avoir pour conséquence d'augmenter le risque d'inondation d'un
pays voisin, à moins que ces mesures aient été coordonnées et que les États
membres concernés aient élaboré une solution commune.
Chaque plan de gestion doit contenir un certain nombre
d'informations, notamment, le niveau de protection, les mesures envisagées, les
cartes de risques d'inondation, ainsi que, pour les plans de gestion
ultérieurs, l'évaluation des progrès accomplis depuis la mise en œuvre du
précédent plan de gestion.
Les cartes de risque d'inondation et les plans de gestion
doivent être coordonnés avec la directive-cadre sur l'eau, en particulier en ce
qui concerne la caractérisation des bassins hydrographiques et les plans de
gestion des bassins hydrographiques, ainsi que concernant les procédures de
consultation et d'information du public.
Toutes
les parties concernées doivent pouvoir participer de manière appropriée à
l'élaboration des plans de gestion. Ces plans doivent être achevés et mis à la
disposition du public pour le 22 décembre 2015. Ils doivent être réexaminés
tous les 6 ans. (http://europa.eu/)
La directive
2007/60/CE du Parlement européen et du Conseil du 23 octobre 2007 relative à
l'évaluation et à la gestion des risques d'inondation. vise à gérer et réduire
les risques dus aux inondations en particulier le long des rivières et des
zones côtières. Elle prévoit d'évaluer les risques d'inondation dans les
bassins hydrographiques, de cartographier les risques d'inondation dans toutes
les régions où il existe un risque important d'inondation et de produire des
plans de gestion des risques d'inondation qui soient le résultat d'une
coopération et d'une participation large entre les États membres.
Introduction
Pour respecter les directives européennes, les états membres
doivent déterminer les zones inondables des cours d’eau couvrant leur
territoire et mettre en place des plans de prévention des risques inondations
le long de ces cours d’eau. La méthode la plus précise dans la détermination de
ces espaces est la modélisation hydraulique à partir de modèles 1D (HEC-RAS) ou
2D dans des milieux où l’écoulement est complexe (MIKE). Mais cette méthode est
couteuse et nécessite la connaissance de données topographiques, hydrologiques
et hydrographiques précises du cours d’eau étudié. Si cette méthode s’avère
nécessaire dans les milieux où les enjeux de vulnérabilité sont grands (centre
ville, implantations industrielles…), en apportant une résolution optimale à la
répartition spatiale des zones inondables, sur la majeure partie des cours
d’eau, les enjeux face à l’inondabilité ne nécessitent pas une telle précision et
ne permettent pas de mobiliser les sommes nécessaires. Néanmoins pour
déterminer les zones inondables dans les milieux d’aléa faible et pour offrir
une estimation rapide et peu couteuse de la zone inondable dans les zones à
vulnérabilité élevée, des méthodes ont été mises en place depuis une vingtaine
d’année et sont actuellement validées par certains pays de la communauté européenne
(CE) : En France, la méthode hydrogéomorphologique est validée et sert
dans la rédaction des PPRI sur la quasi-totalité du territoire ; en
Belgique (Wallonie), la méthode pédomorphologique (ou des courbes enveloppes) ;
en Suisse, par des abaques sous formes de relation largeur du lit mineur /
largeur de la plaine inondable.
La Roumanie comme la plupart des pays de la CE possède un
vaste réseau hydrographique pour lequel elle doit déterminer les limites des
zones inondables à partir de données les plus diverses : images
satellitales stéréoscopiques à haute résolution spatiale, photographies
aériennes stéréoscopiques ou la combinaison de cartes topographiques – orthophotographie
- MNT à faible résolution-carte géologique.
Après un rappel sur la géomorphologie des cours d’eau et la
notion d’espace de liberté de ces derniers (nécessaire à l’équilibre
écologique), ce rapport va se concentrer principalement sur la description de
la méthode hydrogéomorphologique, puis présentera plus rapidement d’autres
méthodes de détermination des zones inondables. Pour finir par déterminer en
fonction des enjeux et des moyens disponibles les méthodes à mettre en œuvre
dans le but de préciser le risque inondation sur les différents cours d’eau
roumains.
Notion de Géomorphologie fluviale nécessaire à la détermination des zones inondables
Dans une vallée fluviale, l’organisation naturelle de
l’espace dépend principalement de la variation des apports solides et liquides
du bassin versant au cours d’eau. Sur des périodes de temps plus ou moins
longues, le cours d’eau va s’adapter à ces variations : style fluvial,
largeur, amplitude des méandres, profondeur, pente… des modifications vont
également se mettre en place dans la morphologie de profil en travers de la
plaine alluviale. Il est ainsi possible de distinguer sur la plupart des cours
d’eau plusieurs unités structurales qui vont permettre l’écoulement des flux.
Du lit mineur à l’encaissant de la plaine alluviale,
jusqu’à cinq unités morphologiques peuvent être identifiées : le lit
mineur, le lit moyen, le lit majeur, le lit majeur exceptionnel (terrasses !)
et le versant.
Le lit mineur
Il est généralement constitué d’un chenal d’étiage et
d’atterrissements qui permettent les écoulements depuis le débit d’étiage
jusqu’à la crue annuelle. La crue annuelle correspond au débit de plein bord du
lit mineur sans débordement. La granulométrie du lit mineur est la plus élevé
sur le profil en travers. La végétation ne dépasse pas le stade pionnier de la
ripisylve (espèces herbacées).
Le lit moyen
Il succède transversalement au lit mineur duquel il
est séparé par un talus. Topographiquement, c'est un niveau situé à une
altitude comprise entre celle du lit mineur et celle du lit majeur. Contrairement
aux lits mineur et majeur, le lit moyen ne se rencontre pas sur tous les cours
d’eau. C’est une forme associée à des fonctionnements de type torrentiel du
système fluvial. Bien caractérisé dans les régions à pluviométrie
contrastée, comme le Midi méditerranéen et dans les traversées de piedmonts de
massifs montagneux, il ne se distingue pas toujours nettement du lit majeur,
dans le cas de cours d’eau de plaine sous climat à pluviométrie plus régulière. Il est
modelé par les crues fréquentes (périodes de retour de 1 à 5 ans, voire 10 ans)
qui y provoquent une topographie irrégulière faite de dépôts alluviaux et de
chenaux d’érosions. La granulométrie y est très variée, allant de blocs déposés
dans les chenaux d’érosion pendant les plus fortes crues, jusqu’aux limons et
argiles qui peuvent se déposer à la fin de ces épisodes ou pendant les crues
plus faibles. Les submersions moins fréquentes du lit moyen, par rapport au lit
mineur, permettent le développement d’une ripisylve dense.
Le lit majeur
Il succède au lit moyen dont il est également séparé
par un talus et se caractérise par un niveau topographique plan. Il n’est
submergé que par les crues dont la période de retours est supérieure à 10 ans
et ses caractéristiques physiques par rapport au reste de la plaine fait que
les lames d’eaux qui le submerge lors de ces crues sont généralement peu épaisses
avec des vitesses faibles. Ces caractéristiques induisent une granulométrie assez
fine (limons et argiles). Toutefois comme dans le lit moyens des chenaux
préférentiels d’écoulement des crues peuvent apparaître et perturber la
topographie locale, générant par la même des variations de granulométrie. La
faible granulométrie et la linéarité du lit majeur en font un milieu propice
pour les cultures et où la ripisylve a le plus souvent été remplacée par
l’agriculture.
Lorsque le lit majeur est constitué de plusieurs
niveaux alluviaux, en terrasse, le niveau le plus haut, est alors nommé lit
majeur exceptionnel, moins fréquemment inondable. Ces lits majeurs
exceptionnels sont liés à une évolution morphodynamique spécifique et récente
du cours d’eau, qui a successivement privilégié des dynamiques de sédimentation
puis d’incision dans la plaine.
L’encaissant
Il constitue la limite extérieure du lit majeur d’un
cours d’eau et donc les limites maximales de la zone inondable sur le profil en
travers. Il peut être constitué de trois entités morphologiques différentes :
le versant proprement dit, les terrasses alluviales anciennes ou les
colluvions.
Le versant
Il est constitué de la
roche en place (substrat), visible ou masqué par un sol. Les roches dures peu
sensibles à l’érosion encadrent les plaines alluviales en limitant leur
extension latérale. La nature des roches affleurantes va donc en partie
déterminer la largeur de la plaine inondable : dans des roches tendres (sables,
argiles, marnes), plus sensible à l’érosion, le cours d’eau dégagera facilement
les terrains encaissants pour former une large plaine, alors que dans des
roches dures il aura tendance à tailler des gorges.
Les terrasses
Ce sont des niveaux
topographiques plus ou moins anciens, qui sont le témoin de l’hydrodynamisme
passé. De ce fait, ces surfaces ne sont plus inondables. Les dernières
terrasses alluviales généralisées, dans la zone tempérée et le domaine
méditerranéen, se sont accumulées pendant la dernière période froide
(Pléistocène supérieur). Cette accumulation, à la granulométrie fortement
hétérogène, a été entaillée par l’enfoncement du cours d’eau au passage de la
période glaciaire à l’interglaciaire, devenant ainsi une terrasse alluviale.
C’est dans cette entaille que se sont en général développées les plaines
alluviales fonctionnelles actuelles.
Les colluvions
Ce sont des matériaux
divers issus de l’érosion des versants, qui glissent le long des pentes par
l’effet de la gravité ou de l’érosion hydrique, et s’accumulent sur les pieds
de versants. Elles sont constituées de matériaux de différentes natures
reflétant la lithologie des versants dont elles sont issues. Les cailloutis
présents dans ces structures morphologiques sont facilement différentiables de
ceux des terrasses alluviales, car les objets qui les composent ne sont pas
émoussés par le travail de l’eau.
L’enveloppe externe de la plaine inondable est délimitée par
l’encaissant qui peut être de trois types (le versant, des terrasses ou des colluvions).
Dans la plaine inondable, sur le profil en travers, l’espace est divisé en lits
mineur, moyen ou majeur en fonction de la fréquence de submersion.
La méthode hydrogéomorphologique
La description des unités morphologiques composant le profil
en travers d’un cours d’eau (cf. pages précédentes) montre une correspondance
entre ces dernières et les fréquences des débordements pendant les crues.
Dans les années 1990, un groupement, constitué d’ingénieurs
du Centre d’Etude Technique de l’Equipement méditerranéen (Ministère de
l’équipement français), des universitaires (Université de Provence,
Aix-Marseille I) et de bureaux d’études, a finalisé une méthode de
détermination des zones inondables par les crues moyennes et fortes. Cette
méthode se base sur la mise en évidence des différents lits composant le profil
en travers du cours d’eau à partir principalement de couples de photographies
aériennes stéréoscopiques. Elle est aujourd’hui reconnue sur le plan national
et appliquée dans l’élaboration des Atlas des Zones Inondables et des Plans de Prévention
des Risques Inondation en milieu méditerranéen, et s’étend progressivement à
l’ensemble du territoire français.
Après l’identification des différents critères permettant de
déterminer les unités hydrogéomorphologiques du cours d’eau, les deux phases
principales de la recherche des zones inondables seront décrites.
Critères d’identification des unités hydrogéomorphologiques
Cette méthode est dite naturaliste, elle se base
principalement sur l’observation et l’interprétation du terrain naturel dans la
plaine alluviale. Afin de distinguer et de délimiter les différentes unités, plusieurs
critères sont utilisables et seront exploités au cours de la recherche des
zones inondables :
La morphologie
Les limites entre les différentes unités morphologiques du
profil en travers sont la majeure partie du temps matérialisées par des talus. L’identification
de ces derniers va permettre la détermination des lits du cours d’eau. En leur
absence, l’identification des ruptures de pente sur le profil en travers peut
également marquer les limites entre ces différents lits. Toute variation
topographique locale va permettre d’identifier les lits fluviaux ou les chenaux
d’écoulement des crues.
La sédimentologie
Les analyses granulométriques en laboratoire ou plus
simplement l’observation de terrain sur la nature des sols permet, à partir des
classes granulométriques présentes, de la forme des grains ou de la couleur des
sols, de déterminer les conditions de dépôts des milieux étudiés.
Les traces d’inondation
Elles peuvent êtres nombreuses. Les laisses de crues vont
déterminer les niveaux maximum atteints par les épisodes de monté des eaux. Des
érosions vont mettre en évidence des axes préférentiels d’écoulement où les
flux s’évacuent plus rapidement. Le dépôt de sédiments dans la plaine.
L’occupation du sol
Elle peut être un bon indicateur de la morphologie du
milieu. Les différents types de végétation, et notamment la ripisylve, vont
dépendre de la qualité des sols et de la disponibilité en eau (profondeur et
distance de la nappe phréatique d’accompagnement du cours d’eau). De plus
l’exploitation du lit majeur réputé fertile (dépôts de sédiments fins et de
matières organiques) est recherchée pour l’agriculture.
La chronique de crues
La chronique des débits, en elle-même, n’est pas essentielle
dans l’approche hydrogéomorphologique. Par contre un recensement des données
existantes sur les crues et les inondations passées s’avère d’un grand intérêt.
Ces informations peuvent être de plusieurs ordres :
§ Les relevés des plus hautes eaux connues
par les organismes de gestion
§ Les limites spatiales et altitudinales des
crues historiques qui existent. Ils se trouvent dans les archives sous la
forme de levés cartographiques ou dans le paysage par des marques (le plus
souvent sur des murs dans les villages).
§ Les base documentaires locales à
travers les archives de différentes institutions (communes, département,
religieuses…).
§ Les enquêtes de terrains auprès des
riverains, des gestionnaires et des usagers du cours d’eau. Ces personnes
peuvent apporter des informations localisées et spécifiques sur certains
évènements.
Attention toutefois ces enquêtes sur les données historiques
sont souvent relatives et doivent être croisées entre elles pour validation.
La présence d’eau à faible profondeur
Le plus souvent le cours d’eau est accompagné d’une nappe
phréatique. En fonction du milieu, cette dernière peut affleurer dans le lit
majeur. Elle fournit dans ce cas là un indice supplémentaire de la
caractéristique morphologique de l’unité étudiée.
La méthode de travail
La cartographie des zones inondables passe donc dans un
premier temps pars la détermination sur une carte des différentes unités
morphologiques qui constituent la plaine alluviale. Pour cela, la méthodologie
se déroule en deux étapes principales : dans un premier temps une analyse
de la morphologie du terrain à partir de couples de photographies
stéréoscopiques, puis dans un deuxième temps, une validation des informations
mises en évidence à partir des photographies sur le terrain.
La photo-interprétation
Matériel nécessaire :
§ Des
photographies aériennes verticales stéréoscopiques de la zone d’étude
(comprises entre 1/ 8 000 et 1/ 10 000 si possible)
§ Un
stéréoscope binoculaire
§ Une
carte topographique de la zone d’étude (au 1/ 25 000)
§ Du
matériel de dessin.
L’analyse des couples de photographies aériennes à l’aide du
stéréoscope permet d’obtenir une vision 3D de la plaine alluviale et donc de
déterminer les limites des différents lits composant le système fluvial par
identification des talus en limite de ces derniers. Au cours de cette phase
sont également déterminées les formes connexes que sont les axes d’écoulement
des crues visibles dans le paysage, les bras de décharges ou les cônes de
déjection. En dehors des caractéristiques morphologiques de la plaine
alluviale, l’opérateur doit également repérer les aménagements mis en place
dans la plaine d’inondation pour la protection contre les crues (digues, routes
surélevées, remblais d’infrastructure).
Il faut noter que tous les aménagements présents dans la plaine
d’inondation (lit mineur à majeur) sont considérés comme transparents pour les
crues. En effet, la détermination des zones inondables doit se faire indépendamment
des ouvrages d’origine humaine présents dans la plaine. Ces études doivent
servir à déterminer des plan de prévention des risques inondation et des atlas
des zones inondables qui ont une vocation de durée dans le temps et les
aménagements peuvent disparaître dans le futur ; donc ils sont considérés
comme inexistant pour la détermination des zones inondables.
L’identification de ces limites est retranscrite sur des
zooms de la carte topographique au 1/ 25 000 en fonction de la précision
recherchée (1/ 5 000,
1/ 10 000 ou 1/ 15 000).
1/ 10 000 ou 1/ 15 000).
Les aménagements ne sont pas pris en
compte dans la détermination des limites de la zone inondable
Une nomenclature permet d’harmoniser les cartes minutes
effectuées par différents opérateurs.
La campagne de terrain
A la suite de la photo-interprétation, une campagne de
terrain est nécessaire. Elle est effectuée par les personnes qui ont dressées
les cartes minutes et permet d’identifier sur le terrain les formes mises en
évidence par l’approche stéréoscopique. La totalité du linéaire est parcourue
en effectuant des arrêts plus long et plus attentifs sur les secteurs où la
photo-interprétation a pausé des problèmes (talus peu net, ombres, végétation
trop dense…).
La campagne de terrain permet également de valider les
informations fournies par les photographies aériennes et la cartes si c’est
dernières ne sont pas récentes (implantations humaines, digues…).
Synthèse des données-digitalisation
Après la campagne de terrain, les modifications apportées
aux cartes minutes sont validées par une nouvelle analyse des photographies
aériennes et complétées par les informations complémentaires que sont l’enquête
de terrain, les données historiques…
Une fois ces corrections effectuées, les cartes sont
scannées, géoréférencées et les résultats de l’analyse hydrogéomorphologiques
sont vectorisés dans un SIG. Plusieurs couches SIG sont crées : Les zones
inondables, l’encaissant et les infrastructures sont les principales.
En accompagnement du SIG un rapport de l’analyse est rédigé,
il met en avant les caractéristiques du cours d’eau pour lequel l’analyse a été
effectuée en faisant le point sur les secteurs les plus sensibles par rapport
au risque inondations. Dans ces secteur l’analyse hydrogéomorphologique est
généralement effectué sur des plans au 1 /5 000.
La méthode
hydrogéomorphologique permet à partir de photographie aériennes stéréoscopiques
et de visites de terrains de déterminer les limites morphologiques entre les
différents lits d’une rivière et donc les fréquences de submersions des
différentes parties de la plaine inondable d’un cours d’eau.
Les autres méthodes de détermination des zones inondables
La méthode hydrogéomorphologique a été développée en France
pour déterminer de façon assez rapide et peu couteuse en temps et en données, les
zones inondables d’un cours d’eau. Vont donc être rapidement présentés ici
d’autres méthodes de détermination des zones inondables. Cette partie ne se
veut pas exhaustive et se limite à la présentation de méthodes utilisées en
Belgique et en Suisse ; le temps impartie à la réalisation de l’étude ne
permettant pas de faire de recherches plus poussées sur la détermination des
zones inondables dans d’autres pays.
La méthode Wallonne Pédomorphologique
Ou méthode des courbes enveloppes. Elle est développée au
sein du Service Hydrologie et hydraulique Agricole (Génie rural et
Environnement) de la Faculté Universitaire des Sciences Agronomiques de
Gembloux (Belgique).
Principes et pré requis
Cette méthode se base sur trois idées principales :
§ Les
limites du lit majeur sont aussi les limites des sols alluviaux
§ Cette
limite naturelle correspond pour un cours d’eau à une hauteur de débordement
relativement constante
§ Cette
hauteur d’eau permet de déterminer les vallées sèches (terrasses alluviales
anciennes) et les zones de colluvion
Pour effectuer ces opérations, les données initiales
nécessaires sont :
§ Une
cartographie de la typologie des sols
§ Une
carte de l’occupation du sol
§ L’altimétrie
§ La
cartographie du réseau hydrographique
Détermination des zones inondables
Une analyse de la typologie des sols permet d’isoler et de
regrouper les sols de fond de vallée à drainage pauvre au voisinage des cours
d’eau et d’en extraire une première enveloppe, correspondant à la plaine
alluviale dans son ensemble.
Par la suite le logiciel de modélisation hydraulique
FloodArea© (extension pour ArcView© édité par Geomer Gmb©
(Allemagne) est utilisé pour déterminer les zones colluvionnaires et les
terrasses historiques hors d’eau. A partir d’un MNT, du réseau hydrographique, et
de la première enveloppe, le logiciel permet d’obtenir une hauteur d’eau
maximale de débordement. Cette approche hydraulique simplifiée à la
particularité d’obtenir une zone inondable à partir de la hauteur d’eau, en
lieu et place d’un débit (trop complexe à obtenir). Il en résulte une deuxième
enveloppe de zone inondable.
Le croisement des deux enveloppes (pédologiques et
modélisation) va permettre d’isoler par croisement des données les terrasses et
les colluvions. Exploitable pour déterminer le lit majeur du cours d’eau, cette
méthode va dépendre grandement de la qualité des données en entrée. De plus,
tout comme la méthode hydrogéomorphologique, elle nécessite une enquêté de terrain
et des recherches historiques similaires pour affiner les résultats.
Application à des zones mal couvertes par des photo aériennes
Quelques modifications de la méthode peuvent permettre une
application sur des zones où les données de terrain sont limitées. La carte de
typologie des sols peut être remplacée par la carte géologique. Cette dernière
va permettre de déterminer l’encaissant et donc l’enveloppe de la plaine
alluviale. L’identification des terrasses et des colluvions restant à la charge
de la modélisation des hauteurs d’eau, un MNT pouvant être obtenu, s’il
n’existe pas, à partir d’image satellitales stéréoscopiques à très haute
résolution. Les images satellitales peuvent également servir en fonction des
capteurs et des composantes spectrales de l’image à déterminer la nature des
sols à partir de leur nature, l’humidité, la végétation…
La méthode
pédomorphologique, dite des courbes enveloppe permet de déterminer les limites
du lit majeur à partir de la typologie des sols et d’un MNT. Elle n’offre pas
la possibilité d’identifier le lit moyen.
Les limites de la zone alluviale en Suisse
La détermination des zones inondables en Suisse est
facilitée par la couverture MNT haute résolution de l’ensemble du territoire. Toutefois,
l’Office Fédéral de l’Environnement a déterminé une courbe de référence qui
permet d’estimer la largeur de la bande riveraine d’une berge du cours d’eau à
partir de la largeur naturelle du fond du lit, sur les petits cours d’eau.
Cette courbes a été construite sur la base de berges dont la
pente est de 1 :2, en maintenant une bande de 3 m de large de chaque coté
du cours d’eau pour la circulation des engins en cas de crues.
Pour la Roumaine, cette méthode pourra être appliquée aux
petits cours d’eau en modifiant la courbe en fonction de la pente des berges.
Plusieurs courbes pourront être ainsi mises en place en fonction de la zone
géographique et des caractéristiques hydrologiques des cours d’eau étudiés.
Méthodes à mettre en œuvre en fonction des enjeux et
de données disponibles
La Roumanie possède un réseau hydrographique important, et
la modélisation des zones inondables ne peut pas être réalisée sur l’ensemble
du territoire pour des raisons de budget, de temps, mais surtout d’intérêt. La
modélisation hydraulique doit être effectuée dans les zones où les enjeux
sociologiques et économiques sont les plus importants (grandes agglomérations,
industries..). Sur le reste du territoire, la détermination des zones inondables
doit également être déterminée dans le cadre de la Directive Européenne
2007/60/CE, mais elle va être effectuée avec des moyens moins conséquents et en
fonction des données disponibles.
Dans ce cadre, les autorités roumaines disposes de plusieurs
types de données couvrant partiellement les cours d’eau :
§ Imagerie
satellitales de (très) haute résolution en couples stéréoscopiques
§ Photographies
aériennes en couples stéréoscopiques
§ Cartes
topographique au 1/ 25 000, Orthophotographies aériennes, Cartes
géologiques et MNT de faible précision.
En fonction des enjeux identifiés le long des cours d’eau,
une précision plus ou moins importante va être souhaitée. La figure suivante
montre quels vont être les niveaux de protection à mettre en place en fonction
de l’importance des crues (et donc de la superficie inondée) pour la confédération
helvétique. Cette figure permet de déduire le niveau de précision à prendre en
compte dans l’établissement des limites de la zone inondable en fonction de
l’occupation du sol.
Dans les zones agricoles, l’absence de protections contre
les inondations, laisse la possibilité d’une marge d’erreur assez importante
dans la détermination de la zone inondable. Par contre dans les agglomérations
et les industries, où la pression urbaine est forte, la délimitation des
limites des zones inondables pour plusieurs périodes de retours et nécessaire
avec une grande précision.
A partir de ces données qui apportent indirectement une
information sur la qualité de la délimitation du risque inondation et des
données disponible sur le territoire, il est possible de déterminer en fonction
de l’occupation du sol, laquelle des méthodes, présentées ci-dessus, mettre en
œuvre :
- Dans les zones naturelles et dans les zones agricoles, la détermination des zones alluviales à la mode Suisse peut être exploitée, elle ne nécessite que la connaissance de la largeur du cours d’eau et de la pente moyenne de berges dans le secteur géographique.
- Dans les zones habités ou si des infrastructures locales sont en jeux (route, voie ferrée…), la méthode pédomorphologique peut être une alternative. Elle nécessite une bonne connaissance du sol, un MNT et la spatialisation du réseau hydrographique. Ces données peuvent déjà exister à l’échelle locale ou être extraites d’images satellitales stéréoscopique de haute définition. Cette méthode est de par son automatisation assez rapide, mais en fonction des enjeux à prendre en compte, la méthode hydrogéomorphologique sera préférée. Elle apporte en plus la différentiation entre lit moyen et lit majeur (crues moyennes et exceptionnelles) et peut se faire à partir d’images satellitales stéréoscopique hautes définition ou de photographies aériennes stéréoscopiques. Dans tous les cas l’enquêté et la visite de terrain seront obligatoire au moins sur les points sensibles.
- Dans les zones urbaines, industrielles, d’infrastructures nationales, la méthode hydrogéomorphologiques est un minimum, car elle permet de déterminer les différents niveaux d’inondation. Mais souvent les constructions intensives ont gommé le paysage et le relief morphologique alluvial a disparu sous l’urbanisation. Si la méthode hydrogéomorphologique est utilisable elle doit dans ces cas la être absolument compléter par de modélisation hydraulique 1D voire 2D en fonction de la complexité du milieu.
Donc au final, la recherche des zones inondables va se faire
en fonction des données disponibles sur les cours d’eau, mais surtout en
fonction de l’occupation du sol dans la plaine et des niveaux de protection à
mettre en œuvre.
Dans les zones
naturelles ou agricoles, faute de mieux, l’approche Suisse de détermination des
zones alluviale peut être employée.
En cas de zones
habitées ou d’infrastructures, les méthodes pédologiques et
hydrogéomorphologique sont utilisables.
Quand des
enjeux plus importants sont en place dans la plaine la méthode hydrogéomorphologique
est un minimum. Elle peut localement être complétée par des études
hydrauliques.
L’espace de liberté des cours d’eau
Pour la France, cette notion est apparue en 1990 aux Assises
nationales de l'eau (Protection des milieux naturels aquatiques, Ministère
de l'environnement, 1990); elle a été reprise par le groupe de travail
"Protection et gestion des plaines alluviales" de l'Agence de l'Eau
Rhône-Méditerranée-Corse dans la publication d’un guide technique qui lui donne
la définition suivante: "Espace du lit majeur à l'intérieur duquel le ou
les chenaux fluviaux assurent des translations latérales pour permettre une
mobilisation des sédiments ainsi que le fonctionnement des écosystèmes
aquatiques et terrestres". Dans d’autres pays, comme la Suisse, les termes
de zones alluviales et de zones tampons sont employés.
Cette partie s’appuie principalement sur le guide technique
de l’agence de l’eau RMC. Elle présente dans un premier temps, l’hydrosystème
fluvial et ses évolutions naturelles, puis explique les différentes étapes de
la détermination d’un espace de liberté dont l’analyse géomorphologique est une
des composantes principales.
Hydrosystème fluvial et divagation du cours d’eau
Comme présenté précédemment, les évolutions du système
fluvial vont dépendre des variations du rapport entre débit solide (Qs) et
débit liquide (Ql) d’un cours d’eau. En fonction d’une oscillation régulière ou
de la dominance d’un des facteurs sur l’autre, le cours d’eau va se trouver
dans un équilibre dynamique et maintenir son type de système fluvial ou va
évoluer vers des systèmes fluviaux différents qui correspondent aux nouvelles
conditions de l’écoulement (Qs / Ql). Les équations de Starckel, définies en
1983, sont une bonne représentation de l’adaptation du milieu à ces variations.
Mais le temps de réponse du système fluvial est assez long et pour retrouver un
bon équilibre morphologique le cours d’eau va mettre entre 50 et 100 ans.
Les équations
de Starckel
Ql+ = w+, d+, L+, S-
Ql- = w-, d-, L-, S+
Qs+ = w+, d-, L+, S+, p-
Qs- = w-, d+, L-, S+, p-
Ql+ Qs+ = w+, d±, L+, S±,
p-, f-
Ql- Qs- = w-, d±, L-, S±,
p-, f-
Ql+ Qs- = w-, d+, L±,S -,
p+, f-
Ql- Qs+ = w+, d-, L±,S +,
p-, f+
Qs le débit solide
Ql le débit liquide
w la largeur du lit
d la profondeur du lit
L la longueur d’onde des sinuosités
p la pente
S la sinuosité
f le rapport w/d
+ l’indice augmente
- l’indice diminue
L’évolution du système fluvial va donc se faire en fonction
de la variation des apports dans le temps mais également dans l’espace. La
gestion d’un cours d’eau doit donc prendre en compte les évolutions possibles
du chenal autant spatialement que temporairement afin de garantir son bon
équilibre écologique. Dans le cadre d’un cours d’eau en milieu naturel sans
contraintes anthropiques, il est possible de laisser le cours d’eau divaguer
librement dans la plaine alluviale et s’ajuster de la façon la plus naturelle
aux variations des débits. Par contre quand la plaine alluviale est colonisée
par l’homme (agriculture, infrastructures, urbanisation, industrie…), il
devient nécessaire de déterminer de limites dans lesquelles le cours d’eau va
pouvoir divaguer sans augmenter le risque pour les biens et les personnes
présents dans la plaine. La méthode de détermination de l’espace de liberté du
cours d’eau a été développée dans ce sens.
Identification de l’espace de liberté
La méthode développée par l’agence de l’eau RMC propose de
délimiter trois enveloppes dans la plaine alluviale, dont le croisement va
permettre d’extraire un espace de liberté de divagation pour le cours d’eau
tout en maintenant le niveau de protection des installations existantes.
L’espace de mobilité maximal (EMAX)
C’est la première enveloppe, elle correspond à une espace de
mobilité idéal du cours d’eau. Il va correspondre aux divagations qu’à eu le
cours d’eau lors des derniers millénaire, c'est-à-dire le lit majeur dans son
ensemble délimité par l’encaissant.
Pour le déterminer, plusieurs méthodes peuvent être mises en
œuvre : A partir de la carte géologique (dans la limite des alluvions
modernes) ou par une approche plu géomorphologique permettant de déterminer les
limites du lit majeur (cf. partie précédente). Il faut noter que la méthode
géomorphologique apportera une précision plus importante que la carte
géologique dressée dans le meilleur des cas au 1/ 50 000.
L’espace fonctionnel (EFONC)
C’est l’enveloppe la plus complexe à déterminer. Elle est
construite à partir de diverses considérations, principalement morphologiques,
qu’il est possible de détailler en 6 étapes :
L’amplitude d’équilibre
Cette première méthode va servir à déterminer une enveloppe
dans laquelle le cours d’eau va pouvoir atteindre une situation
d’équilibre :
§ Pour
un cours d’eau à méandre, l’amplitude d’équilibre est atteinte quand les
méandres ont une amplitude dix fois supérieure à la largeur du chenal de plein
bord.
§ Pour
un cours d’eau en tresse, l’identification de l’enveloppe d’équilibre est plus
complexe. Il n’existe pas réellement de méthode sure pour déterminer
l’enveloppe d’équilibre, une étude géomorphologique de terrain au cas par cas
est la seule solution
La capacité de transport
L’estimation de la capacité de transport du cours d’eau va
avoir deux utilités principales : Dans un premier temps de spatialiser les
espaces (et donc les volumes) nécessaires pour assurer une bonne alimentation
en charge solide du cours d’eau depuis les berges et la plaine alluviale ;
puis dans un deuxième temps de cartographier les gravières dans le lit majeur
et de déterminer de leur volume si ces dernières peuvent ou non être intégrée
dans EFONC.
Cette étape nécessite l’acquisition d’un volume de donnée
important pour le calcul des capacités de transport et des volumes
sédimentaires disponibles. Elle n’est pas toujours effectuée.
L’évolution géomorphologique historique
L’approche historique va permettre de déterminer les
divagations du lit mineur sur les 150 dernières années, en général, à partir de
l’étude des cartes anciennes. L’enveloppe ainsi déterminée est plus restreinte
qu’EMAX. Cette partie de l’étude va permettre également d’identifier des
tendances dans l’évolution du style fluvial et dans la dynamique du déplacement
des méandres en plan.
A cette partie de l’étude s’ajoute une détermination de
l’espace de divagation restreint. Ces zones vont correspondre aux secteurs
protégés artificiellement de l’érosion et des divagations du chenal par des
aménagements (protections de berge, digues, ponts, affleurements rocheux).
Elles seront donc retranchées d’EFONC
Prospective d’évolution géomorphologique sur 50 ans
Il s’agit d’une des enveloppes le plus complexes à
déterminer, l’objectif étant de prédire les zones d’érosion préférentielle et
de divagation du cours d’eau. L’approche géomorphologique est ici aussi
nécessaire et combine trois approches :
§ La
superposition du tracé actuel et du tracé d’il y a 20 ou 30 ans du cours d’eau
peu aider à spatialiser la tendance évolutive du cours d’eau.
§ Le
calcul des taux d’érosion permet de déterminer des tronçons où l’évolution peut
être homogène.
§ Le
recensement de protection de berges permet de déterminer les secteurs homogènes
dans le plan.
La prospective de l’évolution spatiale du cours d’eau va
donc résulter du croisement des résultats obtenues par ces trois approches
Synthèse
Cette étape est nécessaire, elle permet de regrouper la
totalité des informations nécessaire avant la prise en compte du contexte
socio-économique de la plaine alluviale. Au cours de cette phase, le croisement
de données apporte des informations sur l’intérêt écologique de certains
milieux.
Contexte socio-économique
Cette étape recense l’intégralité des implantations humaines
dans la plaine créant une enveloppe dans laquelle le chenal ne doit pas
divaguer au risque de mettre en danger les biens et les personnes. Les
principaux éléments pris en comptes sont les constructions (habitat,
industrie), les puits de captage, les stations d’épuration, les axes de
circulation et les gravières de gros volume.
Cette enveloppe sera retranchée de l’enveloppe de synthèse
établie précédemment pour déterminer l’espace de divagation fonctionnel du
cours d’eau (EFONC).
L’espace de mobilité minimal (EMIN)
L’espace de mobilité minimal correspond en fait à EFONC avec
des retouches ponctuelles en fonction des enjeux et d’une concertation locale.
Sont généralement pris en compte des habitations isolées, des petits puits de
captages ou des gravières de taille moyenne.
(Voir les schémas explicatif dans le guide de l'Agende ce l'Eau RMC)
Sources
Ballais, J.-L., Garry, G. et Masson, M., 2005. Contribution de
l'hydrogéomorphologie à l'évaluation du risque d'inondation : le cas du Midi
méditerranéen français. Comptes Rendus Géosciences, 337(13): 1120-1130.
Delorme-Laurent, V., 2007. Contribution à la méthode hydrogéomorphologique
de détermination des zones inondables, Université d'Aix-Marseille I, Aix en
Provence, 436 pp.
Durin, V., Mathieu, L., Roditis, J.-C., Vindry, R. et avid, S., 2007.
L'approche hydrogéomorphologique en milieux méditerranéens, une méthode de
détermination des zones inondables, DIREN PACA, DGUHC, Aix en Provence.
Malavoi, J.-R., Bravard, J.P., Piegay, H., Héroin, E. et Ramez, P., 1998.
Détermination de l'espace de liberté des cours d'eau. GUIDE TECHNIQUE, 2.
Agence de l'eau, LYON, 42 pp.
Masson, M., Garry, G. et BALLAIS, J.L., 1996. Cartographie des zones
inondables :approche hydrogéomorphologique, Ministère de l'Equipement,
Ministère de l'environnement, PAris la Défense.
SIEE, Strategis, CETE-Méditerranée, DIREN-Rhône-Alpes et
Diren-bassin-Rhône-Méditerranée, 2005. Inondations du Rhône et de ses
principaux affluents de décembre 2003 en aval de Viviers et dans les
départements de la Drome de l'Ardèche, du Vaucluse et des Bouches du Rhône.
Inventaire cartographique des zones inondées, des enjeux, des dégâts et des
interventions post-crue. ME 04 09 38/VD, Aix en Provence.
Université Lumière Lyon 2 (LRGE ZABR), Université de Provence Aix-Marseille
1 (CEREGE) et Université Denis Diderot Paris VII, 2007. Cartographie du
paléo-environnement de la plaine alluviale du Rhône, DIREN Rhône Alpes
Délégation de Bassin Rhône Méditerranée, Lyon.
Willi, H.P., Jordan, J.-P., Roth, U. et Frei, B.
2001. Protection contre les crues des cours d'eau, OFEG,
OFD, OFEFP, AFAG, Bienne (Suisse).
www.aquapole.ulg.ac.be, 2008. La cartographie des
zones inondables en Région Wallonne : un outil d'aide à la gestion des risques
naturels. Les jeudis de l’aquapôle, 22/12/2005, présentation PowerPoint
(Dautrebande, S.)
www.fsagx.ac.be, 2008. Cartographie des Zones d'inondation en Région Wallonne par une
Méthode Hydropédologique. Laboratoire d’Hydrologie et d’Hydraulique agricole,
présentation PowerPoint (Dautrebande, S.)
Pour citer cet article :
G. Raccasi, Méthodes simples de détermination des zones inondables et de l’espace de liberté des cours d’eau pour la Roumanie. Sous-traitance étude SCE-Toulon, 2008.
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