Analyse statistique de la pluviométrie et de son impact sur le dimensionnement des réseaux d'assainissement

Statistical analysis of precipitation and its incidence on sewerage networks sizing

• Auteur / Autrice : Marie Boutigny
• Direction : Benoît Saussol, Pierre Ailliot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques et leurs interactions
• Date : Soutenance le 30/08/2021
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Mathématiques de Bretagne Atlantique (Brest ; Vannes ; 2004-....)
• Jury : Président / Présidente : Valérie Monbet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoît Saussol, Pierre Ailliot, Valérie Monbet, Marie-George Tournoud, Grégoire Mariethoz, Aurore Chaubet, Anne Cuzol, Philippe Naveau
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marie-George Tournoud, Grégoire Mariethoz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Eaux pluviales -- Collecte

Modèles mathématiques

Pluviométrie

Mots clés libres

Précipitations

Statistiques

Modélisation

Hydraulique urbaine

Assainissement

Precipitation

Statistics

Modelling

Urban hydraulics

Sewerage

Résumé

Dans les zones urbaines, où une part importante des réseaux d’assainissement est unitaire, des déversements d’eaux usées en milieu naturel peuvent avoir lieu lors d’événements pluvieux. Le projet MEDISA vise à établir une méthodologie de dimensionnement des réseaux d’assainissement afin de mieux les gérer. La pluviométrie est un forçage central pour les modèles hydrauliques qui décrivent les réseaux d’assainissement. Le dimensionnement dépend fortement de ce forçage, il est donc nécessaire d’étudier la sensibilité du modèle à différents facteurs afin de déterminer les forçages à utiliser. Les modèles hydrauliques nécessitent des données à un pas de temps de quelques minutes. A cette échelle la distribution marginale de la pluie est caractérisée par 1) une forte occurrence de temps sec, 2) une discrétisation non négligeable et 3) une forme asymétrique à queue lourde. Un modèle méta-Gaussien basé sur ces caractéristiques est développé, pouvant convenir à des données allant de quelques minutes à l’échelle mensuelle et présentant l’avantage de lier chaque paramètre à une partie différente de la distribution. Une analyse des données de pluie disponibles dans la zone d’étude est réalisée. Les pluviomètres et les radars météorologiques contiennent des erreurs de mesure et ne sont pas représentatifs de la vraie pluie, aussi une méthode de fusion de données est développée pour tirer profit des deux sources de données et tester la sensibilité du modèle hydraulique.

In urban areas, where an important part of the sewerage system is combined, waste water dumping can occur during rainy weather. The MEDISA project aims at developing a methodology for designing sewerage networks in order to better handle water dumpings. Precipitation is a central forcing for hydraulic models that describe sewerage networks.The optimal design is strongly dependant on this forcing, hence studying the sensitivity of the hydraulic model to different factors is necessary to determine the forcing to be used. Hydraulic models require data at few minutes time step. At this scale the marginal distribution of precipitation is characterized by 1) a strong occurrence of dry weather, 2) a non-negligible discretization and 3) an asymmetric shape with a heavy tail. A meta-Gaussian model based on those characteristics is developed, capable of fitting data from few minutes to monthly scale and with the advantage of linking each parameter to a different part of the distribution. An analysis of precipitation data available in the area is executed. Both rain gauges and meteorological radar can contain measurement errors and are not representative of the true rainfall. A merging technique is therefore developed to take advantage of both data sources and assess the sensitivity of the hydraulic model.