Bilan hydrique des voiries urbaines : observations et modélisation

• Auteur / Autrice : David Ramier
• Direction : Hervé Andrieu, Emmanuel Berthier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mécanique, thermique et génie civil (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Centrale Nantes (1991-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Écoulement (hydrologie)

Voirie

Résumé

Les voiries urbaines produisent des débits importants à cause du ruissellement de l’eau en surface. La présence de ce ruissellement fort pose des problèmes environnementaux et la présence d’eau en surface, des problèmes de sécurité routière. L’objectif de ce travail est d’étudier la formation du ruissellement sur les voiries. Pour cela le ruissellement est étudié en relation avec les autres termes qui composent le bilan hydrique d’une voirie. Une première partie expérimentale effectuée sur des plaques d’enrobé de voirie (surface de 0,5 m²) montre que les pertes au ruissellement sont principalement constituées par le stockage d’eau à la surface et à l’intérieur de l’enrobé au cours de l’événement pluvieux. Puis l’eau stockée est ensuite évaporée. Afin de mieux comprendre l’évaporation, une expérience de comparaison de différentes méthodes d’estimation de l’évaporation est réalisée au-dessus d’un parking (surface de 2500 m²). Cette expérience a mis en avant la difficulté d’une telle mesure pour ce type de surface. L’étude de deux tronçons de voirie (surfaces de 477 et 311 m²), suivis pendant 38 mois au LCPC-Nantes, montre que les coefficients de ruissellement sont variables et que les pertes au ruissellement sont non négligeables (entre 30 et 40 % de la pluie selon le tronçon). Un modèle simple de pertes au ruissellement construit à partir de pertes initiales et continues ne permet pas de reproduire de façon satisfaisante le coefficient de ruissellement. Enfin pour compléter ces observations expérimentales, un modèle à base physique est utilisé. Ce modèle associe un module d’écoulement en milieu poreux et un module de ruissellement. Le transfert du ruissellement dans le caniveau est simulé par le modèle de Muskingum. Ce modèle est appliqué aux tronçons de voiries étudiés expérimentalement. Une étude de sensibilité du modèle montre l’influence de la conductivité hydraulique à saturation et de la capacité de stockage de l’enrobé.

Urban roads produce important flow because of water runoff. This significant runoff involves environmental problems and water on road surface involves problems of safety road. The objective of this work is to study the formation of the runoff on the roads. So the runoff is studied in relation to the other terms constitutive of the water budget on a road. A first experimental part carried out on bituminous plates of road (area of 0. 5 m²) shows that the runoff losses are mainly composed by storage of water on the surface and inside the bituminous plate during the event. Then the intercepted water is evaporated. In order to better understand evaporation, an experimental comparison of different methods of evaporation estimation is carried out above a carpark (area of 2500 m²). This experiment put ahead the difficulty of such measurement for this kind of surface. The study of two roads stretches (area of 477 and 311 m²), instrumented during 38 months on the LCPC-Nantes, shows that runoff coefficients are variable and that runoff losses are considerable (between 30 and 40 % of the rain according to the stretch). A simple model of losses built from initial and continuous losses cannot reproduce correctly runoff coefficients. Finally to supplement these experimental observations, a physical based model is applied. This model associate a module of flow in porous media and a runoff module. The runoff transfer in the gutter is simulated by the Muskingum’s model. This model is applied to experimental studied roads stretches. A sensitivity analysis shows the influence of saturated hydraulic conductivity and of storage capacity of the bituminous.