title: Hydrologie urbaine
Creators: name: Chancibault, Katia
Publisher: name: PIREN-Seine
Year: 2019

description: La population urbaine augmente dans le monde depuis plusieurs décennies et devrait continuer de croître durant  les  prochaines  (Nations  Unies,  2018).  L’urbanisation  s’accompagne  de l’imperméabilisation  des surfaces et de la modification des chemins d’écoulement de l’eau (réseaux d’assainissement, fermeture des rivières urbaines) (Leopold, 1968). Ainsi, le cycle de l’eau en est fortement modifié (Fletcher et al,  2013). L’infiltration des  eaux  pluviales  dans  le  sol  en  est  fortement  diminuée,  entrainant  une  augmentation  du ruissellement de surface. L’évapotranspiration est aussi plus faible. L’écoulement des eaux, concentrées dans les collecteurs du réseau d’assainissement, est accéléré.Les  eaux  de  ruissellement  lessivent  des  surfaces potentiellement polluées par les activités humaines (trafic, industrielles, ...) et les matériaux utilisés  (zinc, plomb, suies, ...). Ces eaux peuvent être traitées par les stations de traitement des eaux usées (STEU), en cas de pluie faible et de réseau d’assainissement unitaire, ou rejetées vers le milieu naturel, en cas de réseau séparatif ou de pluie plus ou moins forte dans un réseau unitaire (via les déversoirs d’orage). En milieu urbain,  les  crues  sont  alors plus fréquentes et plus intenses qu’en milieu rural et la qualité des eaux des rivières peut être fortement dégradée.

La Directive cadre sur l’eau (2000/60/CE) contraint les collectivités à maintenir un bon état écologique des eaux. En particulier, les déversements  vers le  milieu  naturel doivent être  limités. Des solutions existent pour limiter ces déversements. Elles visent à privilégier une gestion de l’eau à la source, avec l’aide de techniques  dites  alternatives.  Ces  techniques  alternatives  ont  pour but de rapprocher le cycle de l’eau en milieu urbain au cycle de l’eau naturel, en facilitant l’infiltration de l’eau dans les sols ou le stockage avant infiltration ou rejet dans le réseau. Ces solutions changent fondamentalement la gestion de l’eau en ville. En effet, les collectivités gèrent leur réseau à l’aide d’informations sur la pluie, la production d’eaux usées,  la représentation  détaillée  des  écoulements  au  sein  du  réseau  et  éventuellement  la  hauteur  dans  les  rivières réceptrices des rejets. La diffusion de plus en plus large de ces techniques implique désormais de prendre en compte  les  éventuelles  interactions  avec  le  sol.  Les  outils  dont  les  gestionnaires  disposent  actuellement  ne sont pas en mesure de représenter avec réalisme ces processus.

Le projet PIREN-Seine, phase VII, a entre autres objectifs, d’évaluer l’impact des zones urbaines sur la Seine, en termes de pollution et de fonctionnement hydro-géologique, en particulier celle constituée de Paris et  sa  petite  couronne.  Un  outil  capable  de représenter  les  différents  processus  intervenant  dans  le  cycle  de l’eau,ainsi que les différents chemins d’écoulement est nécessaire. Le LEE (Ifsttar), en collaboration avec le CNRM (Météo-France, CNRS) a développé un tel outil (TEB-Hydro) (Stavropulos-Laffaille et al, 2018). Cet outil a pour objectif de travailler à l’échelle annuelle et du territoire, afin de simuler le «grand  cycle  de l’eau»  et  de  caractériser  son  évolution  éventuelle,  en  fonction  de  l’évolution  de  l’urbanisation,  des aménagements  avec  des  techniques  alternatives  ou  encore  du  changement  climatique.  A  de  telles  échelles spatiales et temporelles, la simplification de l’espace est un préalable. Le modèle hydrologique TEB-Hydro segmente l’espace à l’aide d’une grille à mailles régulières, selon  une  résolution  à  déterminer  selon  le  site étudié.  Afin  de  maintenir  une  cohérence  entre  les  processus  mais  aussi  de  limiter  les  temps  de  calculs,  le réseau d’assainissement, au chevelu très dense, nécessite d’être simplifié, mais en gardant une fonctionnalité équivalente. Cet outil n’a évidemment pas pour objectif de remplacer les outils actuels de gestion des réseaux d’assainissement, mais de les compléter. Ce n’est pas un outil de gestion au quotidien, mais un outil d’aide à la décision, pour l’évaluation de projets d’aménagement.

Dans  le  cadre  du projet  PIEN-Seine, l’objectif était donc de définir le cadre de modélisation, sur l’aire urbaine centrée sur Paris, en délimitant la zone à étudier, en collectant les données d’occupation du sol et de forçage météorologiques, nécessaires au modèle. Il s’agissait au préalable de comprendre le fonctionnement du réseau d’assainissement à l’échelle du territoire étudié, avant de le reconstruire en le simplifiant, selon la résolution du modèle hydrologique TEB-Hydro.

Dans ce document, la première partie décrit le fonctionnement du réseau d’assainissement de  toute  la zone, après en avoir fait une brève présentation. La deuxième partie présente le réseau d’assainissement de la zone étudié, reconstruit et simplifié, et l’évalue. La dernière partie est dédiée à la modélisation hydrologique.