La vie parfois débordante de nos torrents

La vie parfois débordante de nos torrents / 1
Philippe Belleudy – oct.2012
association de préservation et de sécurisation des torrents de Chartreuse
La vie parfois débordante de nos torrents
Philippe Belleudy
Professeur à l’Université Joseph-Fourier – Grenoble 1
Chercheur - Laboratoire d’Etudes de Transferts en Hydrologie et Environnement
Observatoire des Sciences de l’Univers de Grenoble
http://www.lthe.fr/PagePerso/belleudy/
Cette présentation est soutenue par le projet GESTRANS (ANR-09-RISK-004)
La vie parfois débordante de nos torrents / 2
Philippe Belleudy – oct.2012
Quelques questions
Hydrologie
Hydraulique et morphologie fluviales
En quoi l’historique des crues passées est-il représentatif de
ce qui peut arriver ?
Vision statistique
Peut-on avoir une crue plus forte que la plus grande
observée?
Permet de se repérer
Pourquoi est-ce que cela peut changer ?
Climat, aménagement du bassin
Peut-on trouver des informations sur les crues anciennes?
La végétation dans la rivière : est-ce une bonne chose?
De la pluie au débit
Ruissellement, infiltration
Temps de concentration
Faut-il nécessairement un orage pour avoir une crue?
Le débit de la rivière croît vers l’aval
Est-ce que c’est vrai tout le temps ?
Quelle relation entre le débit et la pluie?
Quelle est la saison la plus « favorable » aux crues?
Pluie, ruissellement, source solide, (vulnérabilité),
Comment mesurer la pluie de manière représentative et
pertinente?
Y-a-t-il plus de crues qu’avant ?
Quels sont les facteurs de formation des crues?
Et le changement climatique?
La largeur de la rivière croît vers l’aval
Est-ce vrai tout le temps ?
Pourquoi les rivières ont-elles des formes différentes?
Suspension, charriage et laves torrentielles
Qu’est ce qu’un torrent « à clape »?
Pourquoi certains ouvrages cherchent-ils à réduire la
pente?
Isère et torrents : points communs et différences
Pourquoi des chantournes ?
Bassins de rétention et plages de dépôt
Méthodes, métiers, société
Pourquoi les experts ont-ils souvent des avis divergents sur les débits de
crue et leur fréquence?
Les modèles
Sont-ils au point?
Que permettent-ils?
Quelles données?
Peut-on leur faire confiance?
Quels sont les « métiers » de la rivière ?
Quelles formations ?
Manquons-nous d’eau?
Les ressources, leur répartition, leur qualité
L’eau que je bois : quand est-elle tombée du ciel ?
On en se baigne jamais dans la même eau (Réservoir et flux)
Un événement centennal
Quel est sa probabilité d’occurrence ?
Comment l’évaluer avec des données réduites ?
Prévoir et annoncer
La vie parfois débordante de nos torrents / 3
Philippe Belleudy – oct.2012
La vie parfois débordante de nos torrents (et rivières)
Quelques questions
Hydrologie, hydraulique et aménagement
illustré par les torrents de Chartreuse, les rivières de l’Isère et d’ailleurs
L’université
La recherche en hydrologie
Les métiers de la rivière et les formations
Pour les non-spécialistes
Un approche concrète mais en aucun cas une analyse des
études récentes
Interactif
Avertissement !
La vie parfois débordante de nos torrents / 4
1. Hydrologie
De la pluie au débit : les chemins de l’eau
Fleuves et rivières : régime hydrologique
Grenoble, 29 mai 2008
Philippe Belleudy – oct.2012
La vie parfois débordante de nos torrents / 5
Philippe Belleudy – oct.2012
De la pluie au débit : les origines
Aristote
de la mer vers la source par le feu de la terre
capillarité, suintements et sources
Bernard Palissy (1580), Pierre Perrault (1674)
relation entre la pluviométrie et le débit des fleuves
Perlette : le cycle hydrologique
La Source – Ingres, 1856
Gerda in : M. Colmont, « Perlette goutte d’eau », Flammarion, 1960
On ne se baigne jamais deux fois dans le même fleuve
(Héraclite)
Bois, Ph., Obled, Ch. (2002) - « L’apport des hydrologies français, de Perrault à Pardé »,
La Houille Blanche, n°6/7, 2002, pp.17-24
Yann L’HÔTE (1990), « Historique du concept de cycle de l’eau et des premières mesures hydrologiques en Europe, Hydr.continent., vol.5, n°1, 1990, pp.13-2 7
La vie parfois débordante de nos torrents / 6
Philippe Belleudy – oct.2012
moyenne des précipitations
terrestres
De la pluie au débit : les chemins de l’eau
65%
évapotranspiration
11%
évaporation
pré
précipitation + interception
ruissellement
infiltration
écoulement
hypodermique
écoulement souterrain
Écoulement fluviatile
Illustration d’après Musy : http://echo2.epfl.ch/e-drologie/
24%
évaporation
ruissellement
infiltration
La vie parfois débordante de nos torrents / 7
Philippe Belleudy – oct.2012
Le bassin versant
ligne de partage des eaux
exutoire
vallée de Ceillac, H-A. (BV Durance)
doc. Ph.Bois
on peut définir une infinité de sous-bassins imbriqués
à chacun son exutoire…
« bassin versant topographique »
La vie parfois débordante de nos torrents / 8
Philippe Belleudy – oct.2012
Le bassin versant
Isère à Grenoble
Superficie = 5720 km2
Diversité des styles fluviaux
Nombreux aménagements
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Philippe Belleudy – oct.2012
Le bassin versant
Torrent des Jaillières à la confluence avec l’Isère
Superficie = 1,7 km2 / et aussi diversité !
La vie parfois débordante de nos torrents / 10
Fleuves et rivières : le régime hydrologique
Une variabilité naturelle : c’est « normal » d’avoir des crues et des
étiages.
Débit moyen journalier de l’Isère à Grenoble - Document Banque-Hydro
Philippe Belleudy – oct.2012
La vie parfois débordante de nos torrents / 11
Philippe Belleudy – oct.2012
Fleuves et rivières : le régime hydrologique
Le régime résulte du forçage climatique
250 d'eau (mm/mois)
lame
Romanche (Mizoen, 220 km2, 1072 mm) nivo-glaciaire
Saône (Mâcon, 25990 km2, 499 mm) pluvial océanique
Isère (Grenoble, 5720 km2, 1009 mm)
Cèze (La Roque, 1060 km2, 550 mm) Cévenol
200
150
100
50
0
janv.
fév.
mars
avr.
mai
juin
juil.
août
sept.
oct.
nov.
La vie parfois débordante de nos torrents / 12
déc.
Philippe Belleudy – oct.2012
Fleuves et rivières : le régime hydrologique
Certaines rivières ont un régime influencé
À l’échelle saisonnière, hebdomadaire ou journalière
Isère - station hydrométrique Grenoble Campus (LTHE - G-INP)
400
Débit (m3/s)
350
300
250
200
150
100
50
Débit de l’Isère à la station du campus – ∆t=30 mn
0
01-sept
08-sept
15-sept
Le Rhône à Pougny(http://www.rdbrmc.com/)
22-sept
29-sept
06-oct
13-oct
La vie parfois débordante de nos torrents / 13
Philippe Belleudy – oct.2012
Décomposition de l’hydrogramme de crue
Illustration d’après Musy : http://echo2.epfl.ch/e-drologie/
Ruissellement
montée de crue
temps de concentration
Débit de base
les rivières coulent même quand il ne pleut pas !
La vie parfois débordante de nos torrents / 14
Philippe Belleudy – oct.2012
De quoi dépend le comportement hydrologique du BV ?
Malte, doc. B.Tassin
l’Isère à Brignoud
pluie (meteofrance) 3 novembre 2011
Benin, doc. M.Lelay
Shaanxi, RPC, doc.YRCC
Simplon, octobre 2000 (doc Ch. Obled)
La vie parfois débordante de nos torrents / 15
Philippe Belleudy – oct.2012
Y-a-t-il plus de crues qu’avant ?
9 décembre 2003
novembre 2002, janvier 1994
les 16 plus gros débits du Rhône
depuis 1855
octobre 1993
débit (m3/s)
repères de crues à la prise d’eau
de Petit-Argence (Petit-Rhône)
Débit millennal
14000
2003
12000
1856
Débit centennal
1886
1896
10000
8000
1872
1889 1900
1935
1994
2002
19932002
1996
1976
1951
1910
6000
4000
2000
Valence
Beaucaire
Q1000
Q100
0
1850
année
1900
1950
2000
d’après données : http://www.cnr.tm.fr/media_dynamique/synthese%20crue%20decembre%202003.doc
La vie parfois débordante de nos torrents / 16
Philippe Belleudy – oct.2012
Y-a-t-il plus de crues qu’avant ?
Les crues de l’Isère
1651, 1778, 1856, 1859, 1948 …
Crues d’ordre décennal en 1999, 2000, 2001,
2004, 2008
données http://www.irma-grenoble.com
Un lit qui a perdu en partie sa capacité
d’écoulement
22 / 03/ 2001
24 / 03/ 2001
Bernin, 22 mars 2001, env. 900m3/s
La vie parfois débordante de nos torrents / 17
Philippe Belleudy – oct.2012
La crue est-elle exceptionnelle ?
Crues de Belledonne - août 2005
quartier des Chenevières, doc M. Pinhas/ADDIR
La vie parfois débordante de nos torrents / 18
Philippe Belleudy – oct.2012
durée d'observation
La crue est-elle exceptionnelle ?
Protection en années (temps de retour)
Probabilité annuelle au non dépassement
Taux de défaillance en :
2
50%
1 an
2 ans
10 ans
20 ans
50 ans
100 ans
200 ans
50%
75%
99.9%
99.9999%
100%
100%
100%
Le riverain a près de 40% de « chance » de subir
une crue centennale en 50 ans
entretenir la mémoire des crues !
10
90%
100
99%
1000
100%
10%
1%
19% 1.99%
65%
10%
88%
18%
99.5%
39%
99.9973%
63%
100%
87%
0.1%
0.2%
1%
2%
5%
10%
18%
La vie parfois débordante de nos torrents / 19
Philippe Belleudy – oct.2012
Il ne faut pas confondre
Annonce
Prévention
Préparation
http://www.vigicrues.gouv.fr/
Prédétermination
donner une probabilité à la crue
Dimensionnement d’un aménagement ou de protections
Calcul des impacts
Calculs économiques
Aussi pour calcul des ressources (sécheresse)
Quizz :
La dernière crue de l’Isère qui a dépassé le débit centennal a eu lieu en 1859.
Quelle est la probabilité pour avoir un événement centennal en 2013 ?
1. 1%
2. 65%
3. 100%
La vie parfois débordante de nos torrents / 20
Philippe Belleudy – oct.2012
Hydraulique fluviale et torrentielle
1. Ecoulements à surface libre
Fluvial et torrentiel
Le remous hydraulique
Propagation de la crue
2. Transport solide et morphologie fluviale
De l’eau, des cailloux et un lit : morphologie
Équilibre et déséquilibre
Nous n’aurons pas le temps de parler en détail de
habitats et milieux
les riverains
vulnérabilité et risque
les aménagements fluviaux
les outils de l’ingénieur
…
Aulos : flûte, tuyau
La vie parfois débordante de nos torrents / 21
Philippe Belleudy – oct.2012
Ecoulements à surface libre
Ecoulement fluvial et écoulement torrentiel
La vie parfois débordante de nos torrents / 22
Philippe Belleudy – oct.2012
Ecoulements à surface libre
Ecoulement fluvial et écoulement torrentiel
Grenoble, crue décennale mai 2008
canard subsonique
Marque urbaine (Roubaix)
Lancey, crue août 2005
canard supersonique
Marne (St Maur)
La vie parfois débordante de nos torrents / 23
Philippe Belleudy – oct.2012
Ecoulements à surface libre
Le remous hydraulique
Remous hydraulique du barrage de Saint-Egrève
La vie parfois débordante de nos torrents / 24
Philippe Belleudy – oct.2012
Ecoulements à surface libre
Le remous hydraulique
Le Domeynon
La vie parfois débordante de nos torrents / 25
Philippe Belleudy – oct.2012
Ecoulements à surface libre
Le remous hydraulique
ruisseau du Gamond
La vie parfois débordante de nos torrents / 26
Philippe Belleudy – oct.2012
Propagation de la crue
Célérité
C ≈ 1. 2 m/s = 4.5 km/h
Givry
3 500
Amortissement
Débit de la Loire en aval du Bec d'Allier - crue de décembre 2003
Gien
Orléans
3 000
2 500
Blois
Tours
Langeais
Débit en m3/s
doc. BD Carthage, http://www2.centre.environnement.gouv.fr/cotes_loire/web/carte.asp
crue de la Loire en décembre 2003
2 000
Saumur
Ponts-de-Cé
1 500
Montjean
1 000
Source des données: DIREN Centre et Pays de Loire
données brutes à valider
500
0
01/12
02/12
03/12
04/12
05/12
06/12
07/12
08/12
09/12
10/12
11/12
12/12
13/12
14/12
15/12
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Philippe Belleudy – oct.2012
Propagation de la crue
L’inondation est ralentie et la hauteur d’eau est moindre
quand elle s’étale
http://www.irma-grenoble.com/10veurey/03risques-tech/barrage/barrage.htm
http://www.isere.pref.gouv.fr/sections/documents/dossiers_de_presse/barrage_-_presentati/file_html
http://www.industrie.gouv.fr/energie/hydro/photos/monteyn1.htm
La vie parfois débordante de nos torrents / 28
Philippe Belleudy – oct.2012
Propagation de la crue
Le débordement permet le ralentissement
et l’écrêtement de la crue
http://www.symbhi.fr/
La vie parfois débordante de nos torrents / 29
Philippe Belleudy – oct.2012
Hydraulique fluviale et torrentielle
1. Ecoulements à surface libre
2. Transport solide et morphologie fluviale
De l’eau, des cailloux et un lit : morphologie
Équilibre et déséquilibre
Visite des torrents de Chartreuse
Brunnibach (Uri-Ch)
La vie parfois débordante de nos torrents / 30
Philippe Belleudy – oct.2012
De l’eau et des cailloux : morphologie fluviale
Laves torrentielles et
charriage hyperconcentré
(pente > 0,05)
observation à la station expérimentale
d’Illgraben (Vs)
WSL, Swiss Federal Research Institute
for Forest, Snow and Landscape,
Birmensdorf
bourrelet frontal
corps de lave
queue de lave
ruisseau du Gamond
Torrents « à clapes »
La pente est le moteur / l’é
coulement s’
l’écoulement
s’arrête si la pente est plus faible
écoulement liquide modifié
modifié par la pré
présence de maté
matériaux
mélange partiel biphasique granulaire / mé
mélange total boues
Forte capacité
capacité érosive
La vie parfois débordante de nos torrents / 31
Philippe Belleudy – oct.2012
De l’eau et des cailloux : morphologie fluviale
Laves torrentielles et charriage hyperconcentré (pente > 0,05)
Torrents « à clapes »
La pente est le moteur / l’é
coulement s’
l’écoulement
s’arrête si la pente est plus faible
L’écoulement
’écoulement liquide est modifié
modifié par la pré
présence de maté
matériaux
Mélange partiel biphasique granulaire / mé
mélange total boues
Forte capacité
capacité érosive
Jaillières
La vie parfois débordante de nos torrents / 32
De l’eau et des cailloux : morphologie fluviale
Rivière torrentielle [pente : 0,0015-0,02]
Transport par charriage de graviers et galets
Un ou plusieurs bras vifs
Pré de Madame Carle
Philippe Belleudy – oct.2012
La vie parfois débordante de nos torrents / 33
Philippe Belleudy – oct.2012
Un ou plusieurs bras vifs
Pontcharra : Google Earth et carte de Cassini
La vie parfois débordante de nos torrents / 34
Philippe Belleudy – oct.2012
De l’eau et des cailloux : morphologie fluviale
Rivière de plaine (pente<0,002)
Transport en suspension d’éléments sableux et limoneux
Végétation : stabilisation des berges, embâcles, limitation de la
capacité
Arles 07 12 2003 SPOT 4 © Cnes 2003 - Distribution Spot Image
Dépôts limoneux dans les ségonnaux à Fourques pendant la crue du Rhône en 2003
La vie parfois débordante de nos torrents / 35
Philippe Belleudy – oct.2012
De l’eau et des cailloux : morphologie fluviale
La végétation est un élément
évolution de la végétation sur l’île de Brignoud, Isère, doc. J.Girel
important de la morphologie
fluviale
Le Drac à Chabottes
La vie parfois débordante de nos torrents / 36
Philippe Belleudy – oct.2012
Hydraulique fluviale et torrentielle
Equilibre du lit des rivières
Pente, granulométrie, largeur…. du lit
Hydrologie
Apports sédimentaires
La rivière tend vers une pente qui assure le
transport vers l’aval des matériaux solides
provenant de l’amont.
profil en long de la Durance et de ses affluents
200 m
10 km
La vie parfois débordante de nos torrents / 37
Philippe Belleudy – oct.2012
Equilibre du lit des rivières
… un équilibre dynamique
1946
2000
exemple : divagations du lit de l’Allier à Châtel-de-Neuvre
(doc. JL.Peiry, St.Petit, UBP Clermont-Fd.)
le Buech en amont de la Méouge (mars 2001)
après deux crues hivernales
La vie parfois débordante de nos torrents / 38
Philippe Belleudy – oct.2012
Exemple de déséquilibre naturel d’une rivière
blocage de l’Isère par le Drac
carte de Cassini (doc : http://gallica.bnf.fr)
Dépôt sédimentaires grossiers en amont, fins en aval (les Sablons)
La vie parfois débordante de nos torrents / 39
Philippe Belleudy – oct.2012
Exemple de déséquilibre artificiel d’une rivière
Le coupure de Bois-Français : augmentation locale de la pente
1949
autocurage d’un lit qui s’engrave :
inondation, assainissement
inconvénients :
nécessité de dragage à l’aval
opposition ville Grenoble
1964
coupure de Bois-Français (août 1967)
fournir des matériaux
présenté en 1968 comme un aménagement de protection
La vie parfois débordante de nos torrents / 40
Philippe Belleudy – oct.2012
Exemple de déséquilibre artificiel d’une rivière
Extractions profondes
1873 - doc. gallica.bnf.fr / ENPC
env. 1980 - doc. B. Lefevre
Le pont de Mollettes sur l’Isère
http://rdb.eaurmc.fr/sdage/documents/A12_2.pdf
La vie parfois débordante de nos torrents / 41
Philippe Belleudy – oct.2012
Exemple de déséquilibre artificiel d’une rivière : le Drac
Hydrologie / apports solides / extractions
1873 - doc. gallica.bnf.fr / ENPC
doc : Patrick Blanc, Sylvie Perrard,
"Grenoble;, un siècle de photographies", Didier-Richard, 1998
env. 1980 - doc. B. Lefevre
La vie parfois débordante de nos torrents / 42
Les torrents de Chartreuse
La pente est le moteur : formation d’un cône de déjection
1873 - doc. gallica.bnf.fr / ENPC
Philippe Belleudy – oct.2012
La vie parfois débordante de nos torrents / 43
Philippe Belleudy – oct.2012
Les torrents : traitement
1. arrêter l’érosion en amont
Reboisement
seuils
 l’Ébron
La vie parfois débordante de nos torrents / 44
torrent des Jaillières Philippe Belleudy – oct.2012
Les torrents : traitement
2. stopper la lave : rupture de pente et barrage filtrant
Plage de dé
dépôt
À nettoyer !
Ruisseau du Gamond
La vie parfois débordante de nos torrents / 45
Philippe Belleudy – oct.2012
Les torrents : traitement
3. gérer le déficit sédimentaire
Plage de dépôt et lit aval du Manival
La vie parfois débordante de nos torrents / 46
Les torrents : traitement
3. gérer le déficit sédimentaire
Ruisseau du Gamond : surcreusement
Philippe Belleudy – oct.2012
La vie parfois débordante de nos torrents / 47
Les torrents : traitement
Philippe Belleudy – oct.2012
vu de l’amont
3. gérer le déficit sédimentaire
et les matériaux mobilisés
Torrent des Jaillières,
atterrissements au pont de l’oratoire
vu de l’aval
La vie parfois débordante de nos torrents / 48
Philippe Belleudy – oct.2012
Les torrents : traitement
4. laisser quand même un peu de place pour la rivière !
avec un traitement adéquat des petits débordements possibles
ruisseau du Gamond : amont
ruisseau du Gamond : aval
La vie parfois débordante de nos torrents / 49
Philippe Belleudy – oct.2012
Les torrents : traitement
4. laisser quand même un peu de place pour la rivière !
avec un traitement adé
adéquat des
petits dé
débordements possibles
Jaillières : pont de l’oratoire
La vie parfois débordante de nos torrents / 50
Les torrents : traitement
5. temporiser la propagation du débit
Charmeyran : bassin de rétention
Jaillières : aval
Philippe Belleudy – oct.2012
La vie parfois débordante de nos torrents / 51
Philippe Belleudy – oct.2012
Ce dont nous n’aurons pas le temps de parler
Ecologie
Végétation
Habitats et milieux
Jaillières : aval
La vie parfois débordante de nos torrents / 52
Philippe Belleudy – oct.2012
Ce dont nous n’aurons pas le temps de parler
Les riverains, vulnérabilité et risque
Jaillières : plage de dépôt de la Praly
La vie parfois débordante de nos torrents / 53
Philippe Belleudy – oct.2012
Ce dont nous n’aurons pas le temps de parler
Outils et méthodes de l’ingénieur
Annonce et prévision
La vie parfois débordante de nos torrents / 54
Ce dont nous n’aurons pas le temps de parler
Outils et méthodes de l’ingénieur
Annonce et prévision
Prédétermination : la probabilité de l’aléa
Comment caractériser un événement centennal ou millénal avec des
observations limitées?
Philippe Belleudy – oct.2012
La vie parfois débordante de nos torrents / 55
Philippe Belleudy – oct.2012
Ce dont nous n’aurons pas le temps de parler
Outils et méthodes de l’ingénieur
Annonce et prévision
Prédétermination : la probabilité de l’aléa
Les modèles
mesuré
simulé
Érosion et dépôt sédimentaires dans la
Loire à Ingrandes de 2001 à 2004
Étude de l’aménagement du torrent du Tour
La vie parfois débordante de nos torrents / 56
Ce dont nous n’aurons pas le temps de parler
Outils et méthodes de l’ingénieur
Annonce et prévision
Prédétermination : la probabilité de l’aléa
Les modèles
Les cartes et les données des services opérationnels
Les outils réglementaires
http://www.isere.pref.gouv.fr
commune de Domène
Philippe Belleudy – oct.2012
La vie parfois débordante de nos torrents / 57
Philippe Belleudy – oct.2012
Ce dont nous n’aurons pas le temps de parler
Aménagements fluviaux pour le risque inondation
http://www.symbhi.fr/
La vie parfois débordante de nos torrents / 58
Philippe Belleudy – oct.2012
L’université : recherche et formation
La recherche appliquée
Observation
Développements méthodologiques et instrumentaux
Compréhension
Modélisation
Validation des hypothèses
Outils prédictifs et opérationnels
La formation
Les métiers de la rivière
Diffusion des savoirs
Page web : http://www.lthe.fr/PagePerso/belleudy/
Photos de rivières : http://www.lthe.fr/PagePerso/belleudy/rivieres
Pour télécharger la présentation: http://www.lthe.fr/LTHE/spip.php?article835